내일은 실험왕 5권: 과일전지 만들기 편

<1> 과일전지 만들기

 오늘은 내일은 실험왕 5권에 나오는 과일 전지 만들기를 해 보았습니다^^  신선한 과일을 이용해 간단한 전기 회로를 구성하여 전기를 발생시키는 실험이죠. 책 구매시 제공되는 물품은 다음과 같아요. 아! 귤은 당연히 안들어 있습니다! 체적인 과일전지 만들기 설명은 책이 없는 분들도 고려해서 진행해 볼게요. 

전선3개와 금속판2개와 작은 전구가 들어있습니다. 당연히 귤은 없어요~

<2>  준비물

 

1. 신선한 과일 (레몬, 감자, 오렌지 등)

2. 구리판 또는 구리 동전

3. 아연판 또는 아연으로 만든 물질 (예: 아연 못)

4. 전선 3개

5. 전구 또는 소형 전자 장치 (예: LED)

6. 클립 또는 테이프

 

<3>  만드는 과정

 

1. 과일 준비 

실험에 사용할 과일을 준비합니다. 과일의 속에 있는 산이 전해질 역할을 하게 됩니다. 레몬이나 오렌지가 가장 일반적으로 사용됩니다. 저희는 때마침 집에 있는 귤이 있네요~ 

 

2. 금속판 삽입

구리판 또는 구리 동전을 과일에 꽂습니다. 한쪽 끝은 과일에 깊이 꽂고, 나머지 끝은 공기 중에 노출되도록 합니다.
아연판 또는 아연 못도 같은 방식으로 과일에 꽂습니다. 이때 구리판과 아연판이 서로 닿지 않도록 주의하세요.

금속판 삽입 및 완성

3. 전선 연결

구리판에 하나의 전선을 연결하고, 아연판에 다른 전선을 연결합니다. 전선은  잘 고정하세요.

 

둘째 아이는 전선을 구리판에 꽂으랬더니 귤에다가 꽂아 두었다는 ㅠㅠ ㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎ . 어린 아이들은 잘 지도해 주시길~

4. 전구 연결

전선의 다른 끝을 LED 또는 작은 전구에 연결합니다. 구리판에서 나온 전선을 전구의 양극(+)에, 아연판에서 나온 전선을 음극(-)에 연결합니다.  저희는 이 과정에서  귤이 너무 작아 금속판이 계속 빠져서 1차 실패했어요! 2차에는 아예 통귤을 사용했습니다.

5. 전기 생성 확인

과일 내부의 산이 구리와 아연 사이에서 화학 반응을 일으켜 전자가 이동하게 됩니다. 이 전자 이동이 전류를 발생시키며, 이 전류가 LED 또는 전구를 켜게 됩니다. 그런데 우리는!! 왜 불이 들어오지 않는 것인가....

왜 불이 안 들어오는 것인가?

 

이유는 전구의 +극과 -극을 잘못 연결했기 때문이었습니다... 구리판에 연결한 전선을 전구의 긴 부분(+극)에 연결하고, 아연판에 연결한 전선을 전구의 짧은 부분(-극)에 연결해야 합니다.

 

드디어 불이 들어옵니다. 분명히 들어온 겁니다. 잘 보세요 ㅎ

실험한 귤이 아니에요. 실험 후 금속과 반응한 과일은 먹지 마세요

6. 추가 실험

과일을 여러 개 사용하여 직렬 또는 병렬로 연결하면 전압이나 전류를 증가시킬 수도 있어요. 여러 과일을 연결하여 더 강한 전기를 발생시킬 수 있는지 실험해보면 좋겠죠?

<4> 과일전지의 구체적 원리 (궁금한 사람만!)

 

1. 전지의 기본 원리

전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 전지는 두 가지 다른 금속(전극)과 이들을 연결하는 전해질로 구성됩니다. 전해질은 이온을 전달할 수 있는 물질로, 과일 속의 산이나 염류가 이에 해당합니다.

 

2. 전극의 역할

과일 전지에서는 두 개의 서로 다른 금속, 보통 구리(Cu)와 아연(Zn)이 사용됩니다. 이 금속들은 서로 다른 전기화학적 성질을 가지고 있어, 전자가 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 수 있습니다.

• 아연(Zn): 아연은 전자를 잃기 쉬운 금속(산화)으로, 전자를 잃으면서 아연 이온(Zn²⁺)이 됩니다.
• 구리(Cu): 구리는 상대적으로 전자를 얻기 쉬운 금속(환원)으로, 전자가 구리 쪽으로 이동하게 됩니다.

3) 전해질의 역할

과일 속의 산(예: 레몬의 구연산)은 전해질 역할을 합니다. 이 산이 아연과 구리 사이의 전기화학 반응을 촉진하여 전자의 이동을 가능하게 만듭니다.

 

4) 전기화학 반응

• 아연 전극에서의 반응 (산화 반응): 아연이 전자를 잃고 Zn²⁺ 이온으로 변환됩니다. 이때 잃은 전자는 외부 회로를 통해 구리로 이동합니다. Zn→Zn2++2e−\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^-Zn→Zn2++2e−
• 구리 전극에서의 반응 (환원 반응): 구리는 외부 회로에서 넘어온 전자를 받으며, 과일 속의 수소 이온(H⁺)과 결합하여 수소 기체(H₂)를 생성합니다. 2H++2e−→H22\text{H}^+ + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_22H++2e−→H2​

5)전류 생성

이 전자 이동이 전류를 발생시키며, 전류는 외부 회로를 따라 이동하여 연결된 전구나 LED를 켜게 됩니다. 이 과정에서 아연이 조금씩 녹아 들어가고, 과일 속의 산이 소모됩니다.

 

6) 전압과 전류

• 전압: 금속 전극 간의 전기화학적 차이(즉, 전위차)로 인해 생성됩니다. 구리와 아연의 전기화학적 차이가 크기 때문에 작은 전압을 발생시킬 수 있습니다.
• 전류: 회로를 통해 이동하는 전자의 흐름을 의미하며, 전자의 이동은 금속 전극 간의 반응 속도와 전해질의 특성에 따라 달라집니다.

과일 전지의 원리는 이렇게 간단한 화학 반응을 통해 전기를 생성하는 것입니다. 과일 자체는 화학 반응을 위한 전해질로 작용하며, 금속 전극이 전자를 이동시켜 전류를 생성하는 데 기여합니다.

 

 

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