核心概念
化学
电
电池
化学反应
简介
您是否曾经想过，您的手机、笔记本电脑或手电筒如何在不插电源插座的情况下工作？使所有这些便携式设备正常工作的电能来自哪里？您可能知道答案：它们使用电池！但您知道这些电池是如何工作的吗？电池以化学能的形式储存电能，这意味着电池内部的电化学反应会产生电。这听起来可能很复杂，但它比您想象的要简单！在这项活动中，您将仅使用卡纸、醋、盐和少量硬币和垫圈来制作一个基本的自制电池，并通过点亮 LED 来证明它是有效的！
背景
电是电荷的存在，可以是正电荷或负电荷。电流是由移动的电荷产生的，通常以电子或离子的形式出现。在电池中，这些移动的电荷是由化学反应产生的，这意味着电能来源于化学能。电池的主要组成部分是两个电极，通常由碳或两种不同的金属制成，以及电解质，电解质是一种与两个电极接触的液体或糊状物。电极和电解质需要导电，以允许电子和离子从一个电极流向另一个电极。现在的问题是电子从哪里来？这就是化学发挥作用的地方。
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电子是通过电化学氧化还原（还原-氧化）反应产生的，其中负电荷（以电子的形式）从一种化学物质（或金属）转移到另一种化学物质（或金属）。这些反应中释放的电子和离子通过电解质从一个电极移动到另一个电极。在此过程中，一个电极释放电子，而另一个电极接受电子以完成电路。有许多不同类型的电池使用不同的化学反应来产生电子；两种常见的电池是锂离子电池和镍镉电池。在此活动中，您将使用醋和盐溶液作为电解质来制作铜锌电池。您认为您的电池会产生足够的电力来为 LED 供电吗？
材料
20 个金属垫圈（镀锌；硬币大小）
20 个硬币（最好是闪亮的）
铅笔
卡纸
剪刀
碗
醋
食用盐
勺子
小型白色或红色 LED
纸巾
可耐受醋溢出的工作区
计算器（可选）
铝箔（可选）
万用表（可选）
准备
注意：在此活动中，您将制作一个低压电池。这个自制电池产生的电量是安全的；然而，较高的电压可能非常危险甚至致命，您永远不应尝试使用商用电池或墙壁插座。
用铅笔在卡纸上描 20 次硬币。
剪下所有硬币大小的纸片。
将一些醋倒入碗中，并加入足够的盐以形成饱和溶液，这意味着并非所有的盐都能溶解。用勺子混合。
将 15 个硬币大小的纸片放入碗中，让它们在醋盐溶液中浸泡五分钟。
步骤
拿起一个垫圈，将其放在您的工作区上。垫圈是由什么材料制成的？
拿起一块浸湿的卡纸，将其放在垫圈的顶部。您认为卡纸需要浸泡在醋盐溶液中的原因是什么？
接下来，将另一个垫圈放在浸湿的纸片的顶部。
然后将另一个垫圈放在那个垫圈的顶部。添加另一张浸湿的卡纸，然后在上面添加另外两个垫圈。
重复交替使用浸湿的纸和两个垫圈，直到总共使用了九个垫圈。您应该以两个垫圈放在浸湿的纸片顶部结束。
用纸巾擦干垫圈堆的侧面。您要确保侧面是干燥的。
另外，请检查浸湿的纸张是否在每一侧仅接触一个以上的垫圈。
拿起 LED，将两个接触引脚分开。然后将 LED 的长引脚推到堆叠的下方，使其与底部的垫圈牢固接触。将短引脚放在堆叠顶部的垫圈上，然后向下按。观看 LED。当您将引脚连接到垫圈堆的顶部和底部时，灯会亮起吗？
以相同的方式制作第二个堆叠，但这次使用硬币而不是垫圈。硬币是由什么材料制成的？
硬币堆叠完成后，擦干侧面，并确保浸湿的纸张在每一侧仅接触一枚硬币。
然后再次拿起 LED，将长引脚连接到底部的硬币，将短引脚连接到顶部的硬币。当您与硬币接触时，您是否看到 LED 点亮？
制作第三个堆叠，但这次从底部的硬币开始，在硬币的顶部放置一张浸湿的纸片，然后在纸的顶部添加一个垫圈。重复添加硬币、浸湿的纸和垫圈，直到总共使用了五个硬币。您应该以一个硬币放在垫圈的顶部结束。
同样，请务必擦干硬币垫圈堆侧面浸湿的纸上多余的液体，并检查浸湿的纸张是否在每一侧仅接触一个垫圈和一枚硬币。
然后将 LED 引脚的长端连接到堆底部的硬币，将短端连接到堆顶部的垫圈。这次 LED 会发生什么情况？
最后，使用干燥的卡纸制作第四个堆叠，交替使用硬币、干燥的纸片、垫圈、硬币、干燥的纸片、垫圈，直到使用了五个硬币。您认为卡纸是湿的还是干的会有所不同吗？
再次拿起 LED，将长引脚连接到堆叠的底部，将短引脚连接到顶部。这次 LED 会亮吗？为什么会或不会？
额外：您需要多少个硬币和垫圈才能点亮 LED？数量重要吗？尝试减少您堆叠的硬币和垫圈的数量。您需要点亮 LED 的最少硬币和垫圈数量是多少？
额外：如果您用另一种材料（如铝箔）替换垫圈会发生什么情况？您仍然会得到一个功能正常的电池吗？剪下硬币大小的铝箔片，并创建一个由硬币和铝制成的堆叠来找出答案！
额外：如果您在家中有一个万用表，则可以测量电池的电压及其产生的电流。当您向电池中添加更多硬币时，电压和电流会如何变化？
观察和结果
您是否成功让 LED 点亮？可能不是使用仅由硬币或垫圈组成的前两个堆叠。硬币涂有铜，这使得您的硬币成为此活动的铜电极。另一方面，镀锌垫圈涂有锌，这是一种不同的金属，在您的电池中用作锌电极。功能电池的关键是两个电极之间必须发生电化学反应。如果两个电极均由相同的材料制成，则不会发生反应，也不会产生电力。
但是，当您将硬币与垫圈交替使用时，您将创建一个具有两个不同电极的电池 — 一个是锌，另一个是铜。现在，锌和铜之间可能会发生电化学反应，释放电子通过电解质（醋和盐浸泡的卡纸）移动，从而产生电流。这就是为什么 LED 应在您通过交替使用硬币和垫圈创建的第三个堆叠中点亮的原因。当您去除电解质并改用干燥的纸片时，电子不再能够从一个电极移动到另一个电极，因此不会产生电流，并且 LED 不会点亮！
清理
用自来水冲洗硬币和垫圈，然后擦干。之后可以重复使用它们。丢弃浸湿的卡纸并擦拭您的工作区。
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