目的
演示伏打電池(Voltaic pile,又譯伏特電堆)或另稱伽伐尼電池(Galvanic cell)的原理。
實驗
實驗裝置:
準備鋁板及銅板各一片,分別用電線連接到電流計後,觀察以下實驗:
演示實驗1:用左右手分別接觸鋁板及銅板時,電流計上指針的反應。
演示實驗2:先在鋁板與銅板間放置一張濕綿紙,之後再加鹽時,電流計上指針的反應。
原理思考
在沒有提供任何電能的情況下,為何會有電流產生?
實際上這個實驗是用兩種活性大小不同的金屬及中間可導電的物質,製成的化學電池。 在此利用鋁容易失去電子的特性做為負極,銅容易獲得電子做為正極,中間用可導電的氯化鈉溶液做成鹽橋,這就是一個基本的伏打電池的構造。鋁失去電子後,藉鹽橋的離子流動達到電荷平衡,一旦電荷平衡,電子又能繼續流動,銅就獲得電子,如此構成迴路,便產生電流。 實驗中,因為手掌會流汗,汗水就含有氯化鈉溶液,且人體內有許多電解質,因此,就會產生電流。另外,當氯化鈉固體尚未溶解時,濕綿紙因沒有電解質離子,所以無法形成電流,當氯化鈉固體漸漸溶解後,濕綿紙中的電解質離子數量漸增,形成的電流也就越大。
討論
1.此電流可否點亮燈泡?
2.在乾冷的冬天在實驗時,會有電流產生嗎?
3.這個實驗與熱電偶(thermocouple)的差異?
1.因電流很小約,不易點亮燈泡。 2.若手因乾冷無未出汗,除沒有鹽橋的作用外,同時因手掌與金屬片的接觸電阻很大,所以幾乎沒有電流產生。 3.熱電偶是一種被廣泛應用的溫度感測器。當兩種不同成份的金屬線在兩端點處緊密焊接形成一迴路時,若使這兩個接點,分別保持在不同的溫度,則由於導電粒子在不同金屬之擴散速率不同,所以在兩金屬內的擴散電流大小也不同,因此會造成在此迴路內有一淨電流。
關於實驗
使用後請用清水擦拭乾淨,避免銅片氧化產生氧化銅(Verdigris俗稱銅綠)氧化鋁(Aluminium oxide俗稱礬土)影響實驗。
參考資料
“Shocks and Sparks: The Voltaic Pile as a Demonstration Device”Chicago Journals, Vol. 89, No. 2, Jun., 1998 . Joost Mertens
“Heat and Thermodynamics”P. 432. (sixth edition 1981) Mark W. Zemansky Richard H. dittman
維基百科:鹽橋
製作
杜宗勳
指導老師
朱慶琪
撰稿
杜宗勳