بطارية الليمون

قد لا يصدق الكثير من الناس بأنه يمكن عمل بطارية من حبات الليمون والحمضيات
والفواكه الأخرى, وأنه يمكن تشغيل جهز iPod على الطاقة الكهربائية المستحصل
عليها من هكذا بطارية!!
لكن هل هذا فعلا ممكن أو أنها مزحة؟
لنكتشف هذا سوية ونرى ….. هل يمكن عمل مثل هذه البطارية؟
كل ما نحتاجه لعمل هذه البطارية هو:
·       حبات من فاكهة الليمون الحامض.
·       مسمار/ مسامير أو قضبان أو قطع معدنية رقيقة مصنوعة من النحاس.
·       مسمار/مسامير أو قضبان معدنية مصنوعة من الخارصين (الزنك), ويمكن أن
تكون مسامير مغلونة.
·       قضبان أو مسامير مصنوعة من معادن أخرى ( مثل مسامير حديدية غير مغلونة مثلا).
·       أسلاك كهربائية نحاسية.
·       جهاز قياس (ملتي ميتر) لقياس الجهد (الفولطية) ولقياس التيار.

ماذا نعمل الآن لتصنيع بطارية الليمون؟
·       أغرز المسمار المصنوع من الخارصين (الزنك) في الليمونة.
·       أغرز المسمار المصنوع من النحاس في نفس الليمونة وعلى مسافة من المسمار الخارصيني
(حيت يجب أن لا يتماسا).
·       قس الفولطية بين مسمار الخارصين و المسمار النحاسي.
·       قس التيار الذي هو سينتج و يمر بالدائرة الكهربائية.

ماذا سيحدث؟
ستجد بأن هناك حوالي 0,5 إلى 1 فولط بين قضيب النحاس و مسمار الخارصين
المغروزين في الليمونة أو (في الفاكهة)،وهذا يبدو شيء جيد، لكنه سيمدنا فقط بتيار صغير
جدا, فأنه سينتج لنا تيار بقيمة حوالي 0,1 ملي أمبير فقط في الغالب.
جرب استخدام مسامير من معادن أخرى مختلفة, وقس الجهد (الفولطية) والتيار, وسجل
أيهما سيعطيك جهد وتيار أعلى!! ؟؟
يجب أن تتحرى وتجد تلك المعادن المختلفة التي ستنتج فولطيات أعلى !!!!.
فعلى سبيل المثال الفولاذ و الخارصين أو الخارصين و النحاس سينتج لنا جهد حولي 0.5 فولط.
هل تريد أن تشغل جهاز الـ iPod (تشغيل الأغاني)؟
ما عليك إلا أن تجرب معادن مختلفة وتربطها مع بعضها كمجموعة (من هذه الخلايا وتربطها مع بعض),
حيث ستحتاج إلى 12 خلية وربما أكثر.

الآن يمكن ربط نهايتي هذه الخلايا ( من الليمون أو الكمثرى أو البرتقال) إلى جهاز تشغيل
الأغاني, وستلاحظ بأن الفولطية الناتجة من مجموع هذه الخلايا (البطارية) كافية لتشغيله.
ماذا جرى؟
· عندما غرزت (وضعت) المعدنين المختلفين في الفاكهة حصل تفاعل كيمياوي.

·       معدن الخارصين سيكون أيونات الخارصين التي هي ستصدر طاقة، لكنه أيضا
يجب أن تطلق الكترونات.

·       إذا وصل مسمار الخارصين إلى قضيب النحاس بدائرة كهربائية فهذه الالكترونات
يمكن أن تتدفق (تسير) في الدائرة وتحيد الأيونات النحاسية في الليمون.
·       تصدر هذه العملية طاقة أي يمكن أن تستعمل لشحن أو تشغيل مشغل الأغاني مثلا.
ها أنت تكون قد بنيت بطارية أو كما يطلق عليها (تقنيا أسم خلية – مجموعة الخلايا)
وهي التي تعمل على نفس مبدأ البطاريات التي نشتريها من الدكاكين والمحلات, ولكن في
أغلب الأحيان سيستعمل فيها معادن مختلفة, و تكون هي عادة بتصميم محسن أكثر بكثير
من بطارية الليمون أو الفاكهة التي صنعناها, ولكننا حصلنا على الكهرباء منها!!! أليس كذلك؟
لماذا توجد هناك أيونات النحاس في الليمون؟
سيكون هناك بضعة أيونات كشيء طبيعي، لكن معظمها سيتكون من الشوائب التي
هي على النحاس والتي تذوب في الحامض فتصدر أيونات النحاس كل شوائب أوكسيد النحاس.

لماذا يحدث التفاعل بدون الدائرة؟
إذا ذابت ذرة الخارصين فهي يجب أن تكون Zn²⁺ ions ،
هذا يتضمن إطلاق 2 شحنة سلبية من الالكترونات.
إذا هذه الالكترونات لم تستطيع الذهاب إلى أي مكان فمعدن الخارصين سيصبح
ذا شحنه سلبية و سيجذب الكثير من أيونات الخارصين المشحونة إيجابيا وبقدر
ما يذوب، عندها التفاعل سيتوقّف.

ماذا يحدث عندما تكمل الدائرة؟
ستتدفق (تسير)الالكترونات في (حول) الدائرة إلى القطب الكهربائي النحاسي،
أيونات النحاس هنا تجذب إلى الالكترونات السلبية وعندما تجتمع ستتعادل وتشكل معدن النحاس.
لأن الخارصين هو أكثر تفاعلا من النحاس، ستصدر هذه العملية طاقة، وهي حوالي
1 جول من الطاقة لكل كلوم من الشحنة المتحركة، التي هي تماما مثل البطارية التي تنتج حوالي 1 فولط.
هذه الفولطية ترتبط بالاختلاف التفاعل بين المعدنين الذين سيستعملان، حيث أن تغير المعادن سيغير الفولطية.

لماذا تنتج مثل هذه البطارية تيار صغير؟
لإنتاج تيار كبير يجب أن تكون التفاعلات الكيمياوية أسرع, أي مساحة سطحية أكبر
و تفاعلات أكثر في المحلول مما سيحدث تفاعلات أسرع, فهناك تركيز منخفض جدا
Cu²⁺ ions لذا التفاعل يحتمل أن يكون بطيء جدا، مما يحدد التيار الذي يمكن أن ينتج.
العامل المحدد الآخر هو صعوبة تحرك الأيونات بسهولة في الليمونة، حيث بعد فترة المنطقة حول
الخارصين ستصبح إيجابية الشحن والمنطقة حول النحاس ستصبح سلبية..
هذا سيعني بأنه سيكون هناك فرق جهد أقل (فولطية ) بين مسمار الخارصين
وقضيب النحاسي، فبدلا من أن تعطي الخلية 1 فولط, فالخلية قد تنتج فقط 0.5 فولط.

لكن إذا انتظرنا فترة من الوقت فالأيونات ستتدفّق خلال الفاكهة
للإلغاء هذا التأثير.

لهذا نحتاج لاستعمال 12 خلية لإنتاج فولطية مقدارها 5 فولط لشحن جهاز مشغل الأغاني
لأن كل خلية MP3 ستنتج أقل من نصف فولط.