electro  第5回 レモン電池

【掲載】1996.05  【単元】直流回路  【種別】演示実験  【対象】高校3年  【実施】1996.05

  1.  目 的

      電池の起電力や端子電圧について、果物電池を例に理解を深める。

  2.  準 備

      乾電池(1.5V)、電池ボックス、リード線、銅板、亜鉛板、マグネシウム(リボン)、果物、豆電球、電子オルゴール

  3.  方法・結果・解説

    ●

    1.  電子オルゴールからボタン電池を外したものを用意する。これを乾電池に接続して鳴らせる。

       「この電子オルゴールには1.5Vのボタン電池が付いていました。オルゴールを満足にならすためには、このように1.5V程度の電圧をかけることが必要です。」

    2.  果物に銅板と亜鉛板を差込み、果物電池を作る。

    3.  これを電子オルゴールに接続する。ジジジとしか鳴らない。

       「銅−亜鉛電極では起電力は1.01Vしか出ません。端子電圧はさらに落ちて0.90V程度です。これでは電子オルゴールは満足に鳴りません。」

    4.  亜鉛板をマグネシウムリボンに取り替える。オルゴールは大きく鳴る。

       「電池の起電力は電極の金属の種類によることは、皆さん化学で習ったでしょう。銅−マグネシウム電極だと、端子電圧で1.6V程度出ていますので、オルゴールはこのように。大きく鳴ります。」

    5.  オルゴールを豆電球に交換する。点灯しない。

       「豆電球を点灯させるには電子オルゴールに比べてはるかに大きな電流が必要です。しかし、果物電池は内部抵抗が大きいので、内部抵抗による電圧降下が著しく、端子電圧がダウンしてしまって結局豆電球は光りません。果物電池はパワーに乏しいのです。」

    6.  再び豆電球を電子オルゴールに換え、銅板とマグネシウムリボンを濡れた手で持ったり、濡れ雑巾に押しつけたりして遊ぶ。

  4.  この実験について

     「果物電池の実験」は非常に有名なもので、小学校でも中学校でもよくやられます。これを高校の物理の内容に合うようにアレンジしてみました。
     ただ、どの小学校でもやっているわけではないようで、手を挙げさせると経験者は小数でした。それではということで、高校でもやってみました。事前に「明日は果物電池をやるから、レモンでもキウイでも、好きな物を持ってきなさい」というとたいがい何か持ってきます。

  5.  参考データ

     下に私が予備実験をしたデータを示します。

    ● 果物 …… レモンを半分に切ったもの。

    電極起電力電子オルゴール端子電圧
    (1) 10円玉と1円玉0.56[V]鳴らない0.56[V]
    (2) 銅板と亜鉛板0.92[V]弱くヅヅヅという0.91[V]
    (3) 銅板とマグネシウム1.74[V]きれいに鳴る1.58[V]

     「起電力」はオルゴールを接続しないときの電極間電圧。「端子電圧」はオルゴールを接続したときの電極間電圧です。いずれもデジタルテスターで測定しました。また、(3)でマグネシウムはリボン状のものを用いました。

     比較対照のためにLEDを接続してみました。

    電極起電力LED端子電圧
    (4) 10円玉と1円玉0.56[V]点灯しない0.56[V]
    (5) 銅板と亜鉛板0.92[V]点灯しない0.92[V]
    (6) 銅板とマグネシウム1.74[V]点灯しない1.47[V]

     LEDは1.6V程度の電圧をかけないと満足には点灯しないので、この結果は当然といえば当然でしょう。(6)の場合は、起電力は1.6[V]をクリアしていますが、レモン電池のパワーがないために、ほんのわずかな電流が流れることで端子電圧が下がってしまいます。電極を大きくする、硫酸をかける、などをしてやれば点灯することでしょう。試しに(6)で硫酸を滴下してやると、LEDはかすかに点灯しました。このとき、端子電圧は1.53[V]でした。

     つぎに、レモン電池を2つ直列にして試しました。(硫酸無し)

    電極起電力LED端子電圧
    (7) 銅板とマグネシウム3.31[V]かすかに点灯1.52[V]

    やはり、LEDを点灯させるには無理があるようです。


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檀上 慎二