14. Bli ett batteri! Hur gör man Lägg din ena hand på kopparplattan och den andra handen på aluminiumplattan. Vad händer? Så fungerar det Inuti pelaren går en elektrisk ledning från kopparplattan, via lamporna, till aluminiumplattan. Men för att lamporna ska lysa måste det gå en ström av elektriska laddningar genom ledningen. När du lägger dina händer på plattorna kommer händerna reagera med de två metallerna på lite olika vis. Handen på kopparplattan kommer suga ut negativa laddningar (elektroner) ur kopparn så att det blir ett överskott av plusladdningar (positiva joner) kvar. Det blir batteriets pluspol. Handen på aluminiumplattan suger istället ut positiva laddningar (positiva joner) och lämna kvar ett överskott av minus laddningar (elektroner) i plattan. Där har vi batteriets minuspol. Det går väldigt bra att jämföra elektrisk ström med strömmande vatten. Dina händer kan liknas vid en pump, som pumpar upp en laddningsskillnad mellan de två plattorna. Ledningen inuti montern är då ett litet vattenfall där de negativa laddningarna (elektronerna) kan strömma tillbaka. Mitt i vattenfallet har vi satt ett vattenhjul (lamporna) som drivs av strömmen. När du pumpar upp laddningsskillnaden mellan plattorna går det faktiskt en ström av elektriskt laddade joner genom dig. Men eftersom det handlar om så små laddningsskillnader mellan plattorna är det en helt ofarlig ström. VARNING! Kom ihåg att stora laddningsskillnader, som de hemma i vägguttagen, kan skicka
livsfarliga strömmar genom kroppen!
Prova själv Test 1: Vad händer om ni är flera stycken som kopplar ihop plattorna genom att hålla varandra i händerna? Blir det mer eller mindre ström i ledningen? Svar: Människokroppen är inte så bra på att leda ström. Man säger att kroppen har hög resistans. Därför är det tungt för strömmen att ta sig igenom din kropp under pumpningen. Är ni fler blir det ännu jobbigare att pumpa upp laddningsskillnaden och strömmen minskar. Test 2: Be någon annan hålla på plattorna och ställ en fråga som du vet att hon eller han helst inte vill svara på. Kanske vem personen är kär i? Vad händer nu med lamporna? Svar: Vissa frågor blir man nervös av. Helst vill man kanske ljuga om svaret. Då svettas man ofta lite extra om händerna och vips så leder de ström bättre! Ju fuktigare händer du har desto bättre går laddningspumpningen. Handbatteriet kan alltså fungera som en slags lögndetektor! Mer Ett vanligt batteri, ett så kallat alkaliskt batteri, har en pluspol av mangandioxid (MnO 2 ) och en minuspol av zink (Zn). Både polerna och det tunna skiktet mellan dem är indränkta i batterivätska, kaliumhydroxid (KHO). Den kallas för en alkalisk vätska och det är den som gett batteriet dess namn. Batterivätskan gör samma jobb som dina händer gjorde i vårt batteri, det vill säga den samlar positiva laddningar vid pluspolen och negativa laddningar vid minuspolen. När man kopplar något till batteriet börjar en laddningsutjämning genom att det strömmar negativa laddningar (elektroner) från minus till plus. Det är den strömmen vi använder. Ett batteri varar inte för evigt. Efter ett tag har man använt upp materialet i de två polerna. På kemispråk säger man att mangandioxiden har reducerat och att zinken har oxiderat. Ett vanligt alkaliskt batteri går inte att ladda upp igen utan ska lämnas till batteriåtervinningen när det är slut. På Ångström laboratoriet forskar man för att hitta nya material till plus- och minuspoler hos uppladdningsbara batterier. Det är viktigt att materialen i polerna är både miljö-vänliga och billiga. Dessutom måste förstås de kemiska urladdnings- och uppladdnings-processerna vara helt ofarliga.
15. En magisk kula? Hur gör man Stick in handen och rör vid glaskulan. Se hur blixtarna rör sig och hur de följer dina fingrar när du drar dem över kulan! VARNING! Var försiktig med glaskulan! Rör endast vid glaset med händerna - aldrig med metallföremål eller med våta händer! Så fungerar det Den magiska kulan består egentligen av två kulor. En liten i mitten och en större utanför. Den lilla kulan i mitten är fylld av en slags stålull, som i sin tur är kopplad till en mycket hög spänning. En hög spänning kan skicka stora strömmar genom kroppen och därför skulle det vara farligt att ta direkt på den lilla kulan! Den yttre kulan är inte kopplad till någon spänning utan har samma potential (spänning) som resten av rummet. Det finns alltså en spänningsskillnad mellan de två kulorna och en sån kan sätta fart på laddade partiklar. Mellanrummet mellan de två kulorna är fyllt av olika gaser. Gaser består (precis som du och jag och allt annat här i världen) av atomer. Här räcker det att du vet att atomer består av en liten, liten positivt laddad atomkärna, omgivna av ännu mindre, negativt laddade elektroner. Tillsammans bildar atomkärnan och elektronerna en oladdad atom. Det singlar runt en hel del ensamma elektroner här i världen, och när en sådan hamnar mellan de två kulorna får den genast fart av spänningsskillnaden. Eftersom den stora kulan är fylld med gas kommer elektronen snart att krocka med en gasatom. Krocken kan slita loss nya elektroner som också får fart av spänningsskillnaden. De nya elektronerna kommer i sin tur krocka med nya gasatomer och tillslut bildas det en hel svärm av elektroner som rusar fram genom vår magiska kula. Elektronerna kan också fångas in av gasatomerna. En infångad elektron skickar ut sin överskottsenergi i form av ett ljussken. Det är det ljuset du ser som rödlila blixtar!
När du sätter ditt finger mot den yttre kulan rusar elektronsvärmen rakt mot dig, för du utgör ett mindre strömmotstånd än luften runt kulan. Prova själv Ett lysrör fungerar på samma sätt som den magiska kulan. Röret är fyllt av en gasblandning och när du tänder lampan uppstår en spänningsskillnad över lysröret. Gasen innehåller elektroner, och när en liten elektron får fart kan den krocka loss fler elektroner ur gasen. Precis som i den magiska kulan skickar elektronerna ut små ljusblixtar när de åter fångas in av gasatomerna, men de här blixtarna är osynliga för våra ögon. Istället är lysrörets insida belagt med ett speciellt lyspulver som lyser när det träffas av ljusblixtarna. Tänd lysrör med en plastpåse! Du behöver: - Ett gammalt lysrör - En plastpåse (helst av den genomskinliga, prassliga typen) Gör såhär: - Gnid plastpåsen mot håret eller mot en bit ylle. - Håll påsen mot lysröret. Ta-dam! Mer Som du ser är blixtarna lila i mitten och röda ute i ändarna. Det är faktiskt en slags hastighetsmätare som visar att elektronerna har högre fart mitt inne i gasen än där blixtarna börja och slutar. Elektronerna måste ha en viss fart för att kunna skicka ut lila ljusblixtar medan en annan, lägre fart ger röda ljusblixtar. Det här kan man läsa mer om inom ämnet kvantfysik.
Att det blir rött just ute i ändarna beror på att elektroner som krockas ut nära någon av de två kulornas glasväggar har en kortare sträcka på sig att få upp farten