Guinguette Marais Poitevin

Kernbegrippen
Elektriciteit
Batterijen
Elektrochemische reactie
Elektrische geleider

Inleiding
Kunt u zich voorstellen hoe uw leven zou veranderen als batterijen niet zouden bestaan? Zonder deze handige manier om elektrische energie op te slaan, zouden we niet over al onze draagbare elektronische apparaten kunnen beschikken, zoals telefoons, tablets en laptopcomputers. Ook veel andere voorwerpen, van op afstand bestuurbare auto’s en zaklantaarns tot gehoorapparaten, zouden in het stopcontact moeten zitten om te kunnen functioneren.

In 1800 vond Alessandro Volta de eerste batterij uit, en sindsdien hebben wetenschappers hard gewerkt aan het verbeteren van eerdere ontwerpen. Met al dat werk dat in batterijen is gestoken en alle frustraties die je misschien hebt gehad met lege batterijen, zal het je misschien verbazen dat je er gemakkelijk een kunt maken van huishoudelijke materialen. Probeer deze activiteit en het zou je verbeelding wel eens kunnen prikkelen!

Achtergrond
Batterijen zijn houders die chemische energie opslaan, die kan worden omgezet in elektrische energie – of wat wij elektriciteit noemen. Ze zijn afhankelijk van een elektrochemische reactie om dit te doen. De reactie vindt meestal plaats tussen twee stukken metaal, elektroden genaamd, en een vloeistof of pasta, elektrolyt genaamd. Om een batterij goed te laten werken, moeten de elektroden uit twee verschillende soorten materialen bestaan. Dit zorgt ervoor dat de ene anders reageert met de elektrolyt dan de andere. Dit verschil is wat elektriciteit opwekt. Verbind de twee elektroden met een materiaal dat elektriciteit goed kan transporteren (een geleider genoemd) en de chemische reacties ontbranden; de batterij wekt elektriciteit op! Houd er bij het maken van verbindingen rekening mee dat elektriciteit graag de weg van de minste weerstand neemt. Als er meerdere manieren zijn om van de ene elektrode naar de andere te gaan, zal de elektriciteit de weg nemen die hem het gemakkelijkst laat stromen.

Nu u de basisbeginselen van een batterij kent, laten we eens kijken naar enkele huishoudelijke materialen. Aluminiumfolie is een goede geleider – elektriciteit stroomt er gemakkelijk doorheen. Het menselijk lichaam geleidt ook elektriciteit, maar niet zo goed als aluminiumfolie. Elektroden zijn net zo gewoon als koperen muntjes die je misschien in je spaarpot hebt zitten. Elektrolyten vind je overal in de keuken; citroensap is maar één voorbeeld. Een eenvoudige huishoudbatterij is misschien gemakkelijker te maken dan u denkt!

Materialen

• Minimaal twee centen
• Water
• Een paar druppels afwasmiddel
• Papieren handdoeken
• Aluminiumfolie (minstens negen bij zestig centimeter)
• schaar
• liniaal
• minstens één citroen (bij voorkeur met een dunne schil)
• bord
• mes (en hulp van een volwassene bij het gebruik ervan)
• minstens twee paperclips met plastic-gecoate paperclips

Voorbereiding

• Was je pennies in een sopje, spoel ze vervolgens af en droog ze af met een papieren handdoek. Zo verwijdert u eventueel vuil.
• Snijd drie rechthoeken van aluminiumfolie, elk drie centimeter bij 20 centimeter.
• Vouw elke strook in de lengte in drieën, zodat u drie stevige aluminiumstroken van een centimeter bij 20 centimeter krijgt.
• Note: Bij deze activiteit maakt u een batterij met een zeer lage spanning. De hoeveelheid elektriciteit die door deze zelfgemaakte batterij wordt opgewekt is veilig, en je kunt hem zelfs testen door er met je vinger tegenaan te gaan en de zwakke stroom te voelen. Hogere voltages van elektriciteit kunnen echter zeer gevaarlijk en zelfs dodelijk zijn; je moet niet experimenteren met commerciële batterijen of stopcontacten.

Procedure

• Leg de citroen op zijn kant op een bord en laat een volwassene voorzichtig het mes gebruiken om een klein sneetje te maken in de buurt van het midden van de citroen (weg van beide uiteinden). Maak het sneetje ongeveer twee centimeter lang en een centimeter diep.
• Maak een tweede, vergelijkbaar sneetje op ongeveer een centimeter afstand en evenwijdig aan het eerste sneetje.
• Duw een cent in het eerste sneetje tot slechts de helft boven de citroenschil uitkomt. Een deel van de stuiver moet in contact zijn met het citroensap, want dat dient als elektrolyt. Dit koperen kwartje in contact met het citroensap dient als eerste elektrode. Opmerking: Als je citroen een erg dikke schil heeft, heb je misschien een volwassene nodig om voorzichtig wat citroenschil weg te snijden. Waarom denk je dat het belangrijk is dat een deel van het kwartje in contact komt met het citroensap?
• Schuif een van de aluminium strips in de tweede snede totdat je zeker weet dat een deel van het aluminium in contact is met het citroensap. Kun je raden welk deel van een batterij de aluminium strip is die in de citroen zit? Denk je dat het belangrijk is dat het aluminium in contact komt met het citroensap?
• Je hebt net een batterij gemaakt! Hij heeft twee elektroden van verschillende metalen en een elektrolyt dat ze scheidt. Denk je dat deze batterij elektriciteit opwekt of ontbreekt er nog iets?
• Jouw batterij kan elektriciteit opwekken, maar dat kan alleen als de elektroden worden verbonden met iets dat elektriciteit geleidt. Om een verbinding te maken, bevestig je de tweede aluminium strip met een met plastic beklede paperclip aan het deel van de penny dat uit de citroen steekt. Zorg ervoor dat het aluminium de stuiver raakt, zodat de elektriciteit tussen het koper en het aluminium kan lopen. Je hebt een aluminium stripje gebruikt om een verbinding te maken; zou je verwachten dat een plastic stripje ook zou werken? Weet u waarom u voor deze specifieke batterij geen verbinding met de tweede elektrode hoeft te maken?
• Zodra de twee aluminium strips elkaar raken, ontstaat er elektriciteit in de batterij die door de strips stroomt, van de ene elektrode naar de andere. Omdat je de elektriciteit niet kunt zien stromen, kun je proberen het te voelen. Houd de twee strips ongeveer een centimeter uit elkaar en raak ze met uw vingertop aan. Voelt u een tinteling, veroorzaakt door een kleine hoeveelheid elektriciteit die van de ene aluminium strip naar de andere door uw lichaam loopt?
• Voor meer elektrisch sap (en een iets sterker tintelend gevoel), kunt u een tweede batterij bouwen, identiek aan de eerste. Je kunt een andere plek kiezen op de citroen die je net hebt gebruikt of een tweede citroen gebruiken om een tweede batterij te bouwen. Merk op dat je maar één aluminium strip nodig hebt om een tweede batterij te bouwen. Om de tweede batterij op de originele aan te sluiten zoek je de aluminium strip van de eerste batterij die als elektrode dient. Gebruik een met plastic beklede paperclip om het andere uiteinde van deze aluminium strip aan de cent van de tweede batterij vast te maken. Dit verbindt de aluminium elektrode van de eerste batterij met de koperen elektrode van de tweede batterij.
• Test deze set verbonden batterijen op dezelfde manier als u de enkele batterij testte, door de uiteinden van de twee aluminium folie stroken die uit uw batterijset steken (degenen die een vrij uiteinde hebben) in contact te brengen met uw vingertop. Kunt u de elektriciteit voelen lopen? Als u het de eerste keer goed kon voelen, is dit dan anders? (Opmerking: Als u de tinteling niet voelt, controleer dan of elke elektrode – de stuiver en de aluminium strips die in de citroen zijn geplakt – diep genoeg zijn ingebracht zodat ze in contact komen met het citroensap; controleer of er stevig contact is tussen de stuiver en de daaraan bevestigde aluminium strip; en of de aluminium strips elkaar niet raken. Als alles correct is, hebt u misschien iets meer elektriciteit nodig om tintelingen te voelen. U kunt een andere persoon testen om te zien of hij of zij de elektriciteit kan voelen of u kunt ervoor kiezen om nog een citroenbatterij aan uw set toe te voegen.)
• Extra: Nu je kunt detecteren of er elektriciteit wordt opgewekt of niet, probeer dan eens wat verschillende configuraties. Wat gebeurt er als je de aluminium strips elkaar laat raken? Wat gebeurt er als je een aluminium stripje vervangt door een stukje plastic, een opengevouwen metalen paperclip of een tandenstoker?
• Extra: Wetenschappers noemen de manier waarop je je batterijen in deze activiteit hebt aangesloten “batterijen in serie verbinden”. Denk je dat de manier waarop je twee batterijen verbindt een verschil maakt in de hoeveelheid elektriciteit die je voelde? Probeer het uit door de twee koperen elektroden met elkaar te verbinden en de twee aluminium elektroden op dezelfde manier aan te sluiten. Wetenschappers noemen dit “batterijen parallel aansluiten”. Test beide manieren om batterijen met elkaar te verbinden en vergelijk. Voel je een verschil?
• Extra: Probeer verschillende soorten metalen als elektroden voor uw batterijen. Denk je dat een batterij met twee pennies als elektroden elektriciteit zou opwekken? Wat denk je van een batterij met een stuiver en een nikkel? Merk op dat sommige combinaties elektriciteit kunnen opwekken, maar dat de opgewekte hoeveelheid misschien niet voldoende is om te voelen. Het verbinden van twee of meer van deze batterijen kan je helpen goede combinaties te vinden.
• Extra: Je hebt een citroen gebruikt om de elektrolyt voor je batterij te leveren. Denk je dat andere groenten of fruit ook zouden werken? Zou een aardappel-, appel- of uienbatterij werken? Probeer er een paar uit de keuken (met toestemming, natuurlijk). Doet een bepaalde groente of fruit het beter dan de andere? Waarom denk je, met wat je geleerd hebt over hoe batterijen elektriciteit opwekken, dat één soort product een sterkere batterij is?
• Extra: Als je een LED (light-emitting diode) beschikbaar hebt, onderzoek dan hoeveel citroenbatterijen nodig zijn om deze te laten branden.

Observaties en resultaten
Voel je de tinteling in je vingertop?

De batterij die je net hebt gemaakt, heeft een koperen en een aluminium elektrode, gescheiden door elektrolyt citroensap. Hij wekt elektriciteit op zodra de elektriciteit een weg heeft om van de ene elektrode naar de andere te stromen. Dit pad heb je gemaakt met stroken aluminium, een materiaal dat elektriciteit goed geleidt.

Door je batterij op je vingertop aan te sluiten, heb je de kleine hoeveelheid elektriciteit die hij opwekt door je lichaam laten lopen. Deze hoeveelheid elektriciteit kan een tintelend gevoel in een vingertop veroorzaken. Ervaringen zullen verschillen van persoon tot persoon. Sommige mensen voelen misschien alleen het grotere signaal dat wordt opgewekt door meerdere batterijen op een bepaalde manier met elkaar te verbinden. Door de aluminium strips elkaar te laten raken, kan de elektriciteit heel gemakkelijk van de ene elektrode naar de andere lopen, zodat er bijna geen elektriciteit door uw lichaam gaat en het tintelende gevoel verdwijnt. Plastic en hout geleiden elektriciteit niet goed; er zal niets worden gevoeld wanneer deze materialen als verbindingen worden gebruikt. Metalen daarentegen geleiden elektriciteit goed. Verschillende combinaties van metalen als elektroden zullen de hoeveelheid opgewekte elektriciteit beïnvloeden. Het gebruik van identieke metalen als elektroden zal echter geen elektriciteit opwekken.

In deze activiteit heb je een zeer laag-voltage zelfgemaakte batterij gemaakt. Maar het gebruik van commerciële batterijen kan gevaarlijk zijn – en experimenteer nooit met stopcontacten!

Meer om te ontdekken
Batterijen, van ExplainThatStuff!
Hoe werken batterijen?, van LiveScience
Een batterij die centen verdient, van Science Buddies
Potato Batteries: Hoe zet je groenten om in groente-energie?, van Science Buddies