Eine Zitronenbatterie ist ein klassisches wissenschaftliches Experiment, mit dem die Grundlagen eines chemischen Batteriesystems demonstriert werden. Um dieses Experiment durchzuführen, benötigt ein Wissenschaftler eine sehr saftige Zitrone, einen verzinkten oder verzinkten Stahlnagel und eine saubere Kupfermünze oder ein Stück Haushaltskupferkabel. Der Wissenschaftler, der die Batterie herstellt, benötigt außerdem einen Draht mit Krokodilklemmen an jedem Ende und ein empfindliches Voltmeter. Voltmeter finden Sie normalerweise in der Stromversorgungsabteilung eines Baumarktes, Elektrofachgeschäfts oder Baumarktes. Kleine Leuchtdioden (LEDs) und andere elektrische Geräte können auch verwendet werden, um eine Zitronenbatterie zu testen, obwohl dies normalerweise zusätzliche Zitronen erfordert.
So funktioniert es
Eine Zitronenbatterie basiert auf Elektronen und einer chemischen Reaktion, die stattfindet, wenn Metalle in eine saure Mischung eingebracht werden. Die Zitrone enthält eine beträchtliche Menge an saurem Saft, der in der wissenschaftlichen Terminologie ein „Elektrolyt“ ist. Säure in einem Elektrolyten hilft, die Atomstruktur von Metallen wie Kupfer und Zink aufzubrechen, wodurch einzelne Elektronen freigesetzt werden. Wenn ein Wissenschaftler einen Stromkreis herstellt, indem er die beiden Metalle mit einem Leiter verbindet, fließen die Elektronen als elektrische Ladung durch ihn, die mit einem Voltmeter oder einem anderen Gerät nachgewiesen werden kann.
Herstellung der Batterie
Zuerst sollte der Wissenschaftler, der eine Zitronenbatterie herstellt, die Kupfermünze oder das Haushaltskupferkabel vorsichtig in ein Ende der Zitrone einführen und dann den verzinkten Nagel in das gegenüberliegende Ende einführen. Dabei ist es für den Wissenschaftler wichtig, sicherzustellen, dass die beiden Metalle nicht miteinander in Kontakt kommen. Dies würde den Stromkreis schließen, und das Halten der Metalle, während sie sich berühren, könnte zu einem leichten elektrischen Schlag führen.
Erstellen der Ladung
Nagel und Münze sind inzwischen Elektroden geworden. Sowohl Kupfer als auch Zink lassen Elektronen durch sie hindurchfließen, was bedeutet, dass sie als ausgezeichnete Stromleiter gelten. Die Kupfermünze oder der Kupferdraht gilt als positive (+) Elektrode, während der verzinkte Nagel als negative (-) Elektrode gilt.
Frei fließende Elektronen im Zitronensaft-Elektrolyten wollen natürlich von den negativen zu den positiven Elektroden wandern. Wie schnell diese Elektronen fließen, wird in Stromstärke gemessen. Das Voltmeter greift dies durch die Anzeige der Spannung auf, die den „elektrischen Druck“ anzeigt, der innerhalb des Stromkreises arbeitet.
Spannung messen
Eine einzelne Zitronenbatterie erzeugt keine nennenswerte Spannung, aber ein empfindliches Voltmeter sollte eine gewisse elektrische Leistung erkennen. Der Wissenschaftler sollte den positiven Clip eines Drahtes, das Ende mit einer roten Ummantelung, mit der Kupfermünze oder dem Kupferdraht verbinden; und den negativen Clip, das Ende mit einer schwarzen Ummantelung, an den verzinkten Nagel. Eine digitale Anzeige oder ein analoges Zifferblatt auf dem Voltmeter sollte eine kleine Spannungszahl anzeigen, normalerweise weniger als ein Zehntel Volt. Dies reicht normalerweise nicht aus, um eine Digitaluhr zu betreiben oder eine Glühbirne zu betreiben, aber es zeigt, dass durch eine chemische Reaktion in der Zitronenbatterie elektrischer Strom erzeugt wurde.
Erhöhung der Gebühr
Eine einzellige Zitronenbatterie ist zwar funktionsfähig, liefert jedoch wenig sinnvolle elektrische Ladung. Zusätzliche Spannung kann bereitgestellt werden, indem die Anzahl der Zellen oder Zitronen in der Batterie erhöht wird. Eine Reihe von Zitronen kann durch zusätzliche Drähte, die von der positiven Elektrode, dem Kupferteil, einer Zitrone bis zum negativen Ende, dem Zinknagel, einer anderen, als eine einzige Batterie fungieren.
Etwa vier auf diese Weise in Reihe geschaltete Zitronen sollten genug Leistung liefern, um eine kleine LED zum Leuchten zu bringen. Der Wissenschaftler sollte die negative Leitung von einem Ende der Zitrone mit dem LED-Kabel verbinden, das einem abgeflachten Bereich des Gehäuses am nächsten ist. Er oder sie kann dann eine positive Leitung vom anderen Ende Zitrone an den anderen Draht anschließen. In der Mitte der LED sollte ein schwaches, aber spürbares Leuchten aufleuchten; Zusätzliche Zitronen oder Zellen können dem Akku hinzugefügt werden, um eine höhere Ladung und einen noch helleren Glanz zu erzielen.