Elektrochemiese selle en batterye
Elektrochemiese selle en batterye
In hoofstuk 7 het jy selle soos die een in figuur 2 gebruik.
Die selle het ’n positiewe terminaal en ’n negatiewe terminaal. Die positiewe terminaal is die knop aan die bokant van die sel, en die negatiewe terminaal is die plat kant van die sel. Die terminale word + vir die positiewe terminale en – vir die negatiewe terminale gemerk. Vind die + en – merke op die sel of battery.
Die stroomspanning van ’n sel word ook daarop aangedui. Vind die nommer op die sel of battery. Dit sal 1,5 V of 9 V wees. Die stroomspanning is die hoeveelheid energie wat die sel aan elektrisiteit kan gee.
In Natuurlike Wetenskap gaan jy hierdie jaar leer oor chemiese reaksies. ’n “Elektrochemiese sel” gebruik chemiese reaksies tussen die stowwe binne ’n sel om energie aan elektrisiteit te gee.
Wat is binne-in ’n sel?
Jy kan twee tipes elektrochemiese selle koop. Die diagram hieronder word ’n “oopwerkaansig-diagram” genoem. Die sel is so geteken dat dit lyk asof die buite- bedekking weggesny is om aan jou die binnekant van die sel te wys.
Die sink-koolstofsel in figuur 3 is ’n goedkoper tipe sel wat nie so lank hou soos wat ’n alkaliese sel hou nie. Albei tipe selle het ’n “positiewe elektrode” en ’n “negatiewe elektrode”. Hierdie elektrodes is ’n stroperige stof wat “elektrolietpasta” genoem word.
Die elektroliete in die alkaliese sel bevat potassium-hidroksied, wat ’n alkali is. Daarom word dit ’n alkaliese sel genoem.
In die sink-koolstofsel is die negatiewe elektrode van sinkmetaal gemaak. Hierdie sink word gevorm in die omhulsel wat die elektrolietpasta bevat. Aan die buitekant van die sink-omhulsel is ’n dun staalomhulsel sodat jy nie die sink kan sien nie.
1. Watter deel van die sink-koolstofsel is die positiewe elektrode?
In die alkaliese sel in figuur 4 is die staalomhulsel die positiewe elektrode. Die knop bokant die sel is deel van die omhulsel. Die omhulsel word gewoonlik in plastiek toegedraai, maar nie die knop aan die bokant nie.
2. Watter deel van die alkaliese sel is die negatiewe elektrode?
Maak ’n sel en ’n battery
Hierdie aktiwiteit bestaan uit twee dele. Eerstens, elke span in die klas gaan een sel maak. Daarna gaan al die spanne hulle selle koppel om ’n battery te maak en ’n gloeilamp te laat skyn.
Elke span benodig:
- twee 5-sent muntstukke (of stukke koper wat min of meer dieselfde grootte is),
- ’n gegalvaniseerde metaalwasser (’n wasser is ’n skyf met ’n gat in die middel),
- ’n stuk lap of karton wat min of meer dieselfde
grootte, of effens kleiner as die 5-sent muntstuk is. Hierdie lap of karton moet
met soutwater natgemaak word,
Galvaniseer beteken dat dit met sink bedek is.
- ’n stuk foelie, min of meer die grootte van twee vingers langs mekaar, in die lengte af van punt tot punt, en
- kleefband.
Jou onderwyser benodig:
- ’n voltmeter of multimeter,
- ’n bak met soutwater (1 teelepel sout in 100 ml water),
- ’n gloeilamp,
- ’n gonser wat met 3 volt sal werk, en
- ses kaaimansklemdrade, drie wat met rooi plastiek geïsoleer is en drie wat met swart plastiek geïsoleer is.
Deel 1: Maak jou sel
- Vou die foelie in die lengte af sodat jy ’n lang strook het wat dubbel in dikte is. Plaas dit op die tafel. Die foelie is van aluminium gemaak wat ’n goeie geleier van elektrisiteit is.
- Druk soutwater op die lap uit.
- Plaas die sink-wasser op die foelie, die nat lap op die wasser, en die koper muntstuk bo-op die nat lap.
- Die lap mag nie oor die sink-wasser hang nie, en die water mag nie langs die kante van die muntstuk en die wasser afloop nie. Indien dit sou gebeur, sal daar ’n kortsluiting tussen die koper en sink plaasvind, en dit wil jy nie laat gebeur nie.
Die sink-wasser is jou negatiewe elektrode, die koper muntstukke is jou positiewe elektrode, en die soutwater is jou elektroliet.
Jy het nou ’n sel gemaak. Die foelie is die negatiewe terminaal waaraan jy die voltmeter kan koppel.
Vra jou onderwyser om die stroomspanning te meet.
Deel 2: Maak ’n battery
Elke span moet hulle selle na die voorste tafel bring en hulle koppel soos wat in figuur 6 gewys word.
Julle gaan ses selle koppel, alhoewel figuur 4 net vier selle wys om die skets eenvoudiger te maak.
Jy het twee 5 sent muntstukke. Die eerste een is die positiewe elektrode, en die tweede een word gebruik om die foelie teen die eerste muntstuk plat te druk sodat dit goeie kontak maak.
Gebruik kleefband om die foelie aan die tafel vas te plak en om die drade aan die punte vas te plak. Die punte van die foelie is jou terminale.
Jou onderwyser gaan die stroomspanning van die eerste battery meet. Met ses selle sal die stroomspanning van die battery min of meer 6 volt, of effens minder, wees.
Koppel nou die gloeilamp aan die positiewe en negatiewe terminale van die battery. Skyn die gloeilamp?
Koppel ’n gonser aan die positiewe en negatiewe terminale van die battery. Onthou om die rooi draad aan die positiewe terminaal te koppel. Kan jy ’n geluid hoor?
1. Wat is die twee metale wat gebruik word vir die positiewe en negatiewe elektrodes?
2. Hoe verskil die stroomspanning van die battery met die stroomspanning van een sel?
Batterye verskaf nie die volle aantal volt nie
Voordat jy die gloeilamp of die gonser koppel, het die battery energie, maar verskaf nie ’n stroom nie, en die battery se stroomspanning is 5,8 V. Sodra jy die gloeilamp of gonser koppel en sodra die battery ’n stroom deur die stroombaan laat vloei, val die stroomspanning tot omtrent 1,8 V. Dit gebeur omdat die stroom ’n bietjie van sy energie in die battery verloor soos wat dit deur die soutwater en al die verbindings by die elektrodes vloei. Jy noem hierdie effek “interne weerstand” van die battery.
Herlaaibare batterye
Motorbatterye is herlaaibaar
Figure 7 en 8 wys die binnekant van ’n motorbattery. Die kleur rooi word gebruik om die positiewe elektrodes te wys en die kleur donkergrys word gebruik om die negatiewe elektrodes te wys. Die kleur blou word gebruik om die vloeistofelektroliete aan te wys. Die elektrodes en elektroliete het nie werklik hierdie kleure nie; alles binne ’n battery lyk meestal grys.
’n Motorbattery het ses selle en kan ’n energie van tot en met 12 volt gee. Om die diagram in figuur 7 eenvoudig te hou, word slegs vier selle gewys.
1. Watter tipe diagram is figuur 7?
2. Waarvan is die positiewe elektrode van elke sel gemaak?
3. Watter tipe elektroliet is tussen die elektrodes?
4. Waarvan is die negatiewe elektrode gemaak?
5. Is die selle in ’n motorbattery in serie of in parallel gekoppel?
6.’n Motor benodig 12 volt en ’n baie sterk stroom om die aansitmotor te draai en die enjin te laat werk. Op koue oggende wil ’n motor soms nie aansit nie. ’n Motorwerktuigkundige kan die battery toets en sê: “Daar is een dooie sel in hierdie battery”. Indien die battery ’n dooie sel het, watter stroomspanning sal die battery gee?
7. Op ’n voltmeter kan die battery dalk wys dat dit 12 volt sal uitgee, maar wanneer jy probeer om die motor aan te skakel, wil dit nie aanskakel nie. Gee ’n moontlike rede waarom die battery nie sterk genoeg is om die motor aan te skakel nie.
8. Wat kan jy meet om jou idee mee te toets?
’n Motorbattery is anders as die selle en batterye wat ons normaalweg koop. Wanneer ons al die energie uit die battery geneem het, kan ons die battery weer herlaai en weer energie aan dit teruggee. ’n Motor het ’n “generator” of ’n “alternator” wat, terwyl jy die motor bestuur, energie van die enjin neem en aan die battery gee. Jy sal in die volgende hoofstuk meer leer van generators. ’n Selfoonbattery is ook ’n herlaaibare battery.
Batterye met selle in serie of in paralle
In hoofstuk 7 het jy geleer hoe om gloeilampe in serie of in parallel te koppel. Jy kan selle ook in serie of in parallel koppel. Jy mag dalk deurmekaar raak met die idee van “gloeilampe in serie” en “selle in serie”. Kyk na die twee figure hieronder.
Die gloeilampe in figuur 10 skyn helderder as die in figuur 9 omdat hulle die 4,5 V van die selle in serie deel; hulle kry dus 2,25 V elk.
Jy mag dalk ook deurmekaar raak tussen “gloeilampe in parallel” (sien hoofstuk 7) en “selle in parallel”.
In figure 11 en 12 kry elke gloeilamp 1,5 V. Daarom skyn die gloeilampe in hierdie figure helderder as die in figuur 9 (0,75 V per gloeilampe), maar flouer as die in figuur 10 (2,25 V per gloeilamp).
1. Vergelyk die stroombane in figure 12 en 13. Elke stroombaan het drie selle en een gloeilamp, maar die komponente is verskillend gekoppel.
(a) In watter stroombaan sal die gloeilamp die helderste skyn? Verduidelik jou antwoord.
(b) In watter stroombaan sal die gloeilamp vir die langste tydperk skyn voordat die selle “dood” of “pap” is. Verduidelik jou antwoord.
Fotovoltaïese selle
Hierdie foto wys ’n tipe energie-insettoestel waarvan jy in hoofstuk 7 geleer het. In hierdie toestel kom die energie nie van chemiese reaksies tussen chemikalieë nie; die energie word van lig verkry. Hierdie toestel word ’n fotovoltaïese sel genoem. Fotovoltaïese kom van die woord “foto” wat “lig” beteken en “voltaïes” wat beteken dat jy stroomspanning van hierdie toestel kan verkry.
Die swart dele in hierdie foto is ’n spesiale stof wat ’n semi-geleier genoem word. Hierdie semi-geleierstof word van dun lae gemaak, amper soos dun lae plastiek wat bo-op mekaar geplaas word. Die positiewe ladings kom aan die een kant bymekaar en die negatiewe ladings aan die ander kant.
Wanneer ladings op hierdie wyse geskei is, is daar ’n potensiale energie tussen hulle. Indien jy drade aan die positiewe en die negatiewe kante koppel, sal ’n lading deur ’n uitsettoestel soos ’n gloeilamp, gonser of motor vloei.
Mense stoor gereeld die elektriese energie wat deur fotovoltaïese selle opgewek word in ’n herlaaibare elektrochemiese battery. Die fotovoltaïese selle wek gedurende die dag wanneer die son skyn, energie op en hierdie energie word dan in ’n herlaaibare battery gestoor. Wanneer dit donker is, wek die fotovoltaïese selle nie energie op nie. Mense kan wel die elektriese energie wat in die herlaaibare battery gestoor is, gebruik om krag aan ligte en ander toestelle te gee.
Waar gebruik ons fotovoltaïese batterye?
Dalk het iemand in die klas ’n sakrekenaar wat ’n klein fotovoltaïese battery gebruik. Wanneer jy die fotovoltaïese sel in die son hou, sal die sakrekenaar aanskakel. Dit sal selfs werk wanneer jy in die skadu sit aangesien dit ’n klein batterytjie het wat die energie stoor.
Fotovoltaïese selle kan baie groot wees.
Selfs so groot dat hulle die dak van ’n huis kan bedek. Die fotovoltaïese sel verkry dan sy elektrisiteit van sonlig. Jy sal dalk ook fotovoltaïese selle buite ’n winkel sien waar jy jou selfoon kan herlaai.
1. Waarom het die winkel fotovoltaïese selle aan die buitekant in plaas van aan die binnekant?
2. Aan watter kant van die dak van ’n huis sal jy fotovoltaïese selle plaas? Waarom?
Wat het jy geleer?
1. Voltooi die volgende sin:
’n ............ reaksie binne ’n elektrochemiese sel verskaf ............ energie.
2. Watter tipe sel gebruik nie chemiese reaksies om energie te produseer nie?
3. Wanneer jy die terminale van selle in serie koppel, koppel jy die positief aan die negatief aan die positief aan die negatief ensovoorts. Die selle hoef nie kop-aan-stert te lê nie, hulle kan langs mekaar lê. Teken drade tussen die terminale van hierdie selle om aan te dui hoe jy hulle in serie sou koppel.
|
4. Indien jy drie 1,5 V selle in serie koppel, watter stroomspanning sal die battery gee?
5. Teken drade tussen die terminale van hierdie selle om te wys hoe jy hulle in parallel sou koppel.
6. Teken drade tussen die terminale van hierdie selle om te wys hoe jy hulle in parallel sou koppel?
|
Iets wat jy by die huis kan probeer
Jy kan ’n sel maak deur gebruik te maak van ’n suurlemoen of ’n aartappel. Jy het ’n stuk sinkbedekte metaal en ’n stuk koper nodig. Hierdie selle sal op dieselfde wyse werk as wat die sel in figuur 5 gewerk het. Die suurlemoen of aartappel het dieselfde funksie as die stuk lap of karton wat met soutwater natgemaak is. Die suurlemoen of aartappel is die elektroliet waardeur sekere klein ione kan beweeg om die stroombaan te voltooi. Hulle is ook membrane wat ander, groter ione (metaal ione) verhoed om van een elektrode na die ander te beweeg.
Volgende week
Volgende week gaan jy leer hoe elektrisiteit opgewek en deur die land versprei word. Jy gaan ook leer van die omgewing en die sosiale impak wat elektrisiteit- opwekking het.
Lees weer waar elektrisiteit vandaan kom in graad 8, boek 1, hoofstuk 10 op bladsye 141 tot 148. Die omgewingsimpak van koolstof en ander brandstof verbranding word ook bespreek.
