Igor Pangrčič
Sažetak
Naša Osnovna škola Frana Metelka Škocjan sudjelovala je u dvogodišnjem projektu Erasmus+, pod naslovom Minds on Hands on STEM Goes on, a prevedeno je Uključi mozak, zasuči rukave, postani znanstvenik. S učenicima smo prisustvovali na nekoliko projekata mobilnosti. Posljednji je bio u Estoniji na području Alatskivi. Među aktivnostima u kojima smo sudjelovali tijekom cijelog tjedna bio je i izazov kako proizvesti struju s pomoću limunske baterije. Elektrokemijske baterije se formiraju kada su dva vodljiva materijala uronjena u kiselu otopinu. Ako su vodljivi materijali spojeni žicom, poteći će struja kroz žice. U našem pokusu proučit ćete neke osnovne principe elektrokemijskih baterija pomoću tekućine iz voća koja će imati ulogu akumulatorske otopine, odnosno elektrolita. Kiselina iz voća pomaže razbiti atomsku strukturu vodljivih materijala koji uzrokuju oslobađanje pojedinih elektrona. Ako se dva različita metala stave u istu vodljivu otopinu, proizvest će se elektricitet. U našem pokusu, elektrode će biti načinjene od bakra i cinka, a elektrolit će biti kiselina iz voća.
Ključne riječi: jednostavna baterija, bakrena pločica, cinkova pločica, elektrolit, otopina, Erasmus+.
Aktivnost se odvijala u prelijepom parku Eesti Terviserajad koji je stvoren za ljubitelje trčanja i skijanja zimi, a nudi mogućnosti za šetnju, trčanje, promatranje prirode i uživanje na svježem i čistom zraku i tijekom proljetnih, ljetnih i jesenskih mjeseci.
Slika 1. Eesti Terviserajad Slika 2. Učenici s mentorima ispred Eesti Terviserajad
Danas ne možemo zamisliti kako bi se naš život promijenio da nema baterija. Da nije ovoga prikladnog načina pohrane električne energije, ne bismo bili u mogućnosti upotrebljavati sve naše prijenosne elektroničke uređaje poput telefona, tableta i prijenosnih računala, automobila na daljinsko upravljanje, svjetiljaka, slušnih aparata itd.
Alessandro Volta razjasnio je Galvanijev pokus sa žabljim kracima, električnim naponom koji nastaje između dvaju metala kada je između njih elektrolit. Konstruirao je prvi galvanski članak (»Voltin članak«). Izumio je elektrofor (1775.) i osmislio jednu vrstu elektrometra. Po njemu su ime dobili jedinica za mjerenje električnoga napona (volt) i mjerni instrument za mjerenje električnoga napona (voltmetar).
Električna baterija uređaj je koji se sastoji od jedne ili više elektrokemijskih ćelija koje u punjivim baterijama mogu pretvoriti kemijsku energiju u električnu i obrnuto. Svaka ćelija sadrži pozitivnu elektrodu (katodu) i negativnu elektrodu (anodu). Elektrolit, tvar između elektroda kroz koju prolaze ioni, također mora biti prisutan. Kod primarnih baterija za jednokratnu upotrebu elektrode se mijenjaju i ne mogu se puniti. Alkalne baterije primjer su takvih baterija. Sekundarne baterije (punjive baterije) mogu se puniti i ponovno upotrebljavati nekoliko puta. Izvorno stanje vraća se promjenom smjera struje. Primjeri takvih baterija su olovno-kiselinska, Li-Ion, Li-Polymer, NiMH, NiCd, NiZn, AgZn, Cink-Carbon i druge. Obje vrste baterija imaju malu specifičnu energiju (energija po kilogramu mase) u usporedbi s fosilnim gorivima. Prednost baterija u tome je što imaju visoku učinkovitost u pretvaranju kemijske energije u električnu, oko 90 % ili čak i više, dok najbolji motori s unutarnjim sagorijevanjem rijetko imaju veću od 40 %.
Trebamo:
- limun
- plastične čaše
- bakrene pločice
- cinkove pločice
- “krokodilke” (metalne spojnice)
- voltmetre za mjerenje napona
- LED diode i
- noževe.
Slika 3. Cinkove pločice Slika 4. Bakrene pločice Slika 5. Voltmetar
Slika 6. “Krokodilke” (metalne spojnice)
U ovoj su aktivnosti učenici napravili bateriju s vrlo niskim naponom. U limunu nije pohranjena električna energija, kao što biste mogli pogrešno zaključiti. On sadrži limunsku kiselinu koja djeluje kao elektrolit i omogućuje elektrodama da djeluju kao galvanske stanice. Kad spojimo elektrode na vanjski krug, elektroni iz negativne elektrode (cink) putuju u pozitivnu (bakar) koja se može upotrebljavati za obavljanje električnih radova. Učenici su najprije izrezali limun na približno 4 ili 6 jednakih komada, ovisno o veličini limuna, i u svaki komad stavili jednu bakrenu i jednu cinkovu pločicu, pazeći da se ne dodiruju. Pločice su međusobno povezane “krokodilkama” (vodičima) spajanjem bakra i cinka u nizu. Kad su učenici povezali limune, voltmetrima su izmjerili napon. Prvo su pokušali s manjim brojem limuna i uočili da dobivaju premali napon da bi LED mogao svijetliti. Dodavanjem limuna napon se povećao i LED dioda je također svijetlila.
Slika 7. Serijsko spajanje limuna Slika 8. Mjerenje napona Slika 9. Vezanje “krokodilkama”
Slika 10. STEM aktivnost 1. grupe Slika 11. STEM aktivnost 1. grupe
Zaključak
Učenici uživaju u aktivnostima u kojima sudjeluju u skupinama gdje je svaki pojedinac važan i svojim kreativnim idejama pomaže riješiti određene slučajeve. Razvili su komunikaciju na engleskom jeziku kao u skupinama s vršnjacima iz drugih zemalja, a u tome im je pomogao mentor. U našoj školi odlučili smo ponuditi učenicima što više različitih aktivnosti kroz projekt Erasmus+ koji potiču kreativnost, inovaciju i sposobnost razmišljanja na višim taksonomskim razinama. Formativno praćenje stavlja učenika na čelo rezultata, a učitelj je u učionici koordinator i savjetnik u obrazovnom procesu.
Pogled kroz prozor 