Чи можуть годинник працювати на водяних батарейках? Можуть! Більш того, зараз ми зробимо такий годинник власними руками, а заодно і розберемося в тому, як вони працюють. Пропонуємо вам включитися в це захоплююче-пізнавальне заняття, як для дітей, так і для дорослих! Крім того, ви побачите, що на виготовлення цих абсолютно екологічних годин нам буде потрібно тільки те, що є вдома абсолютно у кожного: залишки, обрізки, відходи і порожня тара.
Витоки цієї системи
Принцип роботи водяних годин старий, як світ, і грунтується на електролізі. Вперше цей принцип був застосований 2 травня 1800 року двома британськими хіміками Вільямом Ніколсоном (1753 - 1815) і що сером Ентоні Карлейлем (1768 - 1840). Один з ефектів електролізу називається редокс (окисно-відновної реакцій). Це електро-хімічна реакція, і у випадку з нашою батарейкою, вона відбувається між цинком, водою і міддю, переміщаючи електрони, і тим самим, маючи годинник.
Як працюють годинник на воді?
Метод електролізу дозволяє отримувати хімічні реакції від електричних збуджень. Досить занурити в воду два електроди зі спеціальних матеріалів і отримати харчування. Що ж стосується редокс, то він дозволяє отримати переміщення електронів (тобто електрику) від хімічних реакцій.
Відштовхуючись від цього, стає зрозуміло, як виготовити годинник на водяних батарейках. Досить занурити в воду один електрод з міді (катод, позитивний полюс) і електрод з цинку (анод, негативний полюс) в пластикову або скляну ємність, наповнену водою, яка повинна бути достатньо мінералізована (щоб краще проводити електрику). Мідна платівка притягує звільнені цинкової платівкою електрони. Ці електрони проходять по зовнішніх проводів (в годинах). Оскільки мідь отримує електрони, вільні позитивні іони електроліту намагаються зафіксуватися на електроді, щоб врівноважити заряди. Катіони, присутні в електроліті (Cu 2+), притягуються негативно зарядженим мідним електродом, де вони отримують два електрона і стають нейтральними, осідаючи на електроді в формі металу. Катіони цинку (Zn 2+) накопичуються в воді. Для кожного атома міді, що знаходиться на електроді, атом цинку, розпадаючись, вивільняє два електрона в ланцюг і заміщає два заряду на своєму електроді. Вироблена енергія, безумовно, слабка (близько 0,8 вольт), але її достатньо, щоб живити протягом декількох тижнів електронний годинник, пристрій, яке споживає дуже мало енергії.
Тепер, знаючи принцип, прейдем до практики!
- дриль зі свердлами, описаними нижче,
- дріт для паяльника,
- в якості електродів цинкові і мідні цвяхи або пластинки,
- ємності (скляні стаканчики з-під йогурту або меду),
- в якості підставки 2 дерев'яні дощечки 30 х 8 см завтовшки 1 см, об'єднані 4 болтами, захованими в пластикові трубки,
- герметичні прокладки (по діаметру збігаються з отворами стаканчиків), заповнені за допомогою повітряної камери і розташовані між стаканчиками і верхньої дерев'яною дощечкою,
- пластикова трубка довжиною 5 см і 1,6 см в діаметрі, щоб зробити 4 очка для заповнення батарейки водою,
- 4 затички з коркового дерева, які підходять до 4 очках,
- невеликі електронний годинник.
Порядок виконання робіт:
1. Беремо дощечку, яка послужить кришкою батареї, і перевертаємо її дном вгору. Ставимо на неї 4 стаканчика отвором вниз, центруем і обводимо контури отворів олівцем.
2. Проводимо через центри кіл пряму.
3. Відступивши від точок перетину кіл з цієї прямої по 5 мм, робимо позначки для майбутніх отворів під електроди.
4. У центрі кожного кола малюємо маленьку окружність для отворів під трубочки.
5. Дрилем зі свердлом діаметром трохи менше діаметра цвяхів проробляємо в потрібних місцях отвори.
6. Дрилем зі свердлом 16 мм проробляємо отвори під трубочки.
7. Дрилем зі свердлом 5 мм проробляємо отвори в куточках обох дощечок для їх подальшого з'єднання.
8. Покриваємо поверхні обох дощечок лаком.
9. Коли лак висохне, вбиваємо в кришку батарейки з боку дна цвяхи, чергуючи цинкові з мідними згідно з малюнком.
10. Розрізаємо пластикову трубку на 4 однакові частини довжиною рівній товщині дощечки + товщина герметичній прокладки + 5 мм і вставляємо їх в отвори в центрах кіл, залишаючи по 5 мм виступу зверху.
11. Припаюємо дроти до електродів відповідно до малюнка.
12. Розміщуємо герметичні прокладки між отворами стаканчиків і верхньої дощечкою.
13. З'єднуємо дощечки один з одним за допомогою болтів, прихованих в пластикові трубочки висотою, рівній висоті стаканчиків + висота герметичній прокладки.
14. Під'єднуємо годинник до батарейці, стикуючи плюс (+) і мінус (-) на батарейці з відповідними клемами годин.
15. Заповнюємо стаканчики водою, залишивши по 5 мм до країв, затикаємо отвори пробками, і через кілька секунд годинник запрацює і прослужать на кілька тижнів. Коли заряд ослабне, буде досить просто підлити води.