Могут ли часы работать на водяных батарейках? Могут! Более того, сейчас мы сделаем такие часы собственными руками, а заодно и разберемся в том, как они работают. Предлагаем вам включиться в это увлекательно-познавательное занятие, как для детей, так и для взрослых! Кроме того, вы увидите, что на изготовление этих абсолютно экологичных часов нам потребуется только то, что есть дома абсолютно у каждого: остатки, обрезки, отходы и пустая тара.
Истоки этой системы
Принцип работы водяных часов стар, как мир, и основывается на электролизе. Впервые этот принцип был применен 2 мая 1800 года двумя британскими химиками Уильямом Николсоном (1753 — 1815) и сэром Энтони Карлейлем (1768 — 1840). Один из эффектов электролиза называется редоксом (окислительно-восстановительной реакций). Это электро-химическая реакция, и в случае с нашей батарейкой, она происходит между цинком, водой и медью, перемещая электроны, и тем самым, питая часы.
Как работают часы на воде?
Метод электролиза позволяет получать химические реакции от электрических возбуждений. Достаточно погрузить в воду два электрода из специальных материалов и получить питание. Что же касается редокса, то он позволяет получить перемещения электронов (то есть электричество) от химических реакций.
Отталкиваясь от этого, становится понятно, как изготовить часы на водяных батарейках. Достаточно погрузить в воду один электрод из меди (катод, положительный полюс) и электрод из цинка (анод, отрицательный полюс) в пластиковую или стеклянную емкость, наполненную водой, которая должна быть достаточно минерализована (чтобы лучше проводить электричество). Медная пластинка притягивает освобожденные цинковой пластинкой электроны. Эти электроны проходят по внешним проводам (в часах). Поскольку медь получает электроны, свободные положительные ионы электролита пытаются зафиксироваться на электроде, чтобы уравновесить заряды. Катионы, присутствующие в электролите (Cu2+), притягиваются отрицательно заряженным медным электродом, где они получают два электрона и становятся нейтральными, оседая на электроде в форме металла. Катионы цинка (Zn2+) накапливаются в воде. Для каждого атома меди, находящегося на электроде, атом цинка, распадаясь, высвобождает два электрона в цепь и замещает два заряда на своем электроде. Производимая энергия, безусловно, слабая (около 0,8 вольт), но ее достаточно, чтобы питать в течение нескольких недель электронные часы, устройство, потребляющее очень мало энергии.
Теперь, зная принцип, прейдем к практике!
Вам понадобится:
— пила,
— карандаш,
— линейка,
— циркуль,
— лак по дереву,
— кисть,
— дрель со сверлами, описанными ниже,
— отвертка,
— паяльник,
— проволока для паяльника,
— в качестве электродов цинковые и медные гвозди или пластинки,
— емкости (стеклянные стаканчики из-под йогурта или меда),
— в качестве подставки 2 деревянные дощечки 30 х 8 см толщиной 1 см, объединенные 4 болтами, спрятанными в пластиковые трубки,
— герметичные прокладки (по диаметру совпадающие с отверстиями стаканчиков), заполненные с помощью воздушной камеры и располагающиеся между стаканчиками и верхней деревянной дощечкой,
— пластиковая трубка длиной 5 см и 1,6 см в диаметре, чтобы сделать 4 глазка для заполнения батарейки водой,
— 4 затычки из пробкового дерева, которые подходят к 4 глазкам,
— небольшие электронные часы.
Порядок выполнения работ:
1. Берем дощечку, которая послужит крышкой батареи, и переворачиваем ее дном вверх. Ставим на нее 4 стаканчика отверстием вниз, центруем и обводим контуры отверстий карандашом.
2. Проводим через центры окружностей прямую.
3. Отступив от точек пересечения окружностей с этой прямой по 5 мм, делаем отметки для будущих отверстий под электроды.
4. В центре каждой окружности рисуем маленькую окружность для отверстий под трубочки.
5. Дрелью со сверлом диаметром чуть меньше диаметра гвоздей проделываем в нужных местах отверстия.
6. Дрелью со сверлом 16 мм проделываем отверстия под трубочки.
7. Дрелью со сверлом 5 мм проделываем отверстия в уголках обеих дощечек для их последующего соединения.
8. Покрываем поверхности обеих дощечек лаком.
9. Когда лак высохнет, вбиваем в крышку батарейки со стороны дна гвозди, чередуя цинковые с медными согласно рисунку.
10. Разрезаем пластиковую трубку на 4 одинаковые части длиной равной толщине дощечки + толщина герметичной прокладки + 5 мм и вставляем их в отверстия в центрах окружностей, оставляя по 5 мм выступа сверху.
11. Припаиваем провода к электродам согласно рисунку.
12. Размещаем герметичные прокладки между отверстиями стаканчиков и верхней дощечкой.
13. Соединяем дощечки друг с другом с помощью болтов, скрытых в пластиковые трубочки высотой, равной высоте стаканчиков + высота герметичной прокладки.
14. Подсоединяем часы к батарейке, стыкуя плюс (+) и минус (-) на батарейке с соответствующими клеммами часов.
15. Заполняем стаканчики водой, оставив по 5 мм до краев, затыкаем отверстия пробками, и через несколько секунд часы заработают и прослужат на несколько недель. Когда заряд ослабнет, будет достаточно просто подлить воды.
