ジャガイモ時計の作り方

今晩ポテトが食べたいですか？もともと植える予定だったジャガイモを使って、魔法の化学実験をしてみませんか?純粋にジャガイモだけで動く時計があることをご存知ですか?今日はジャガイモ時計の作り方を教えます。

ステップ

1. 1 材料を準備します。必要な材料は「準備するもの」リストに記載されています。
2. 2 ジャガイモを2つに分けます。ジャガイモ一つ一つは化学反応を通じて電気を放出できる「電気化学電池」です。 ^[1] 一方のジャガイモは「ジャガイモ A」と呼ばれ、もう一方のジャガイモは「ジャガイモ B」と呼ばれます。
   • ジャガイモ全体が電池の殻のような役割を担い、固定する役割を果たします。ジャガイモの汁は電解質であり、帯電した原子や分子（イオン）を放出して電流を発生させることができます。 ^[2] 。ジャガイモジュースに含まれる希リン酸は、反応に必要な水素イオンを供給することができます。
   • いくつかの原子（または分子）は簡単に電子を獲得して「陰イオン」になり、一方でいくつかの原子は簡単に電子を失って「陽イオン」になります。異なる元素は、電子を獲得したり失ったりする能力が異なります。これは、異なる陽子が電子を吸収する能力が異なり（つまり、異なる核電荷）、価電子が核の外側で異なる配置になり、価電子が他の原子と相互作用して化学結合を形成する能力が異なるためです。 ^[3] 。ジャガイモジュースには希リン酸が含まれている^[4] その一部は水素イオン（陽イオン）とリン酸イオン（陰イオン）に分解されます。 ^[5]
3. 3 各ジャガイモに亜鉛メッキの釘を挿します。
4. 4 銅釘または銅線を各ジャガイモに挿入します。亜鉛釘に触れないように注意してください。このステップを実行するときは、この実験の成功の鍵は亜鉛釘と銅釘が十分に離れているかどうかにあることに注意する必要があります。なぜなら、2 つの釘間の距離が電気エネルギーの生成の基礎となるからです。 ^[6]
5. 5 時計の電池カバーを開けて電池を取り外します。電池のプラス極とマイナス極の位置に注意してください。
6. 6 最初のジャンパー線を使用して、ジャガイモ A の銅釘を時計のプラス端子に接続します。具体的な方法は、ジャンパー線の一方の端を銅の釘に固定し、クリップのもう一方の端を時計の正極（つまり「+」の位置）に固定します。
7. 7 2 番目のジャンパー線を使用して、ジャガイモ B の亜鉛釘を時計の負極 (つまり、「-」の位置) に接続します。
   • 亜鉛電極（亜鉛釘など）を銅電極に接続すると、金属原子上の電子は水素イオンによって奪われます。これは、これら 2 つの金属原子は電子を吸収する力が水素イオンほど強くないためです。電荷を帯びていない水素原子も水素分子として放出され、金属陽イオンとさらに多くの水素が放出されます。反応がゆっくり進行するにつれて、リン酸中の水素が継続的に放出され、金属がゆっくりと消費されます。
   • 亜鉛は銅よりも電子を失いやすいです。したがって、導体^[7] と、 2 つの電極がジャンパー線で接続されると、電子は亜鉛電極から銅電極に移動します。 ^[8]
   • 亜鉛電極が電子を失うと、一部の亜鉛原子が陽イオンに変化して沈殿します。銅電極上の余分な電子はより多くの水素イオンに奪われ、同時に一部の銅原子は自身の電子を保存することができるため、銅釘は簡単に腐食しません（より正確には、銅原子が電子を失った後、簡単に電子を取り戻すことができるため、利得と損失のバランスが取れ、銅は基本的に腐食しません） ^[9] 。同時に、銅電極は電子を失い、亜鉛電極は電子を獲得するため、反応が遅くなります。しかし、ますます多くの電子が電線を通過し、両極のジャガイモからますます多くの水素イオンと亜鉛イオンが沈殿し、反応が継続します。これは主に、銅極が小さなサイクルのように常に電子を引き付けているためです。 ^[10] 。
8. 8 3 本目のジャンパー線を使用して、ジャガイモ A の亜鉛端子をジャガイモ B の銅端子に接続します。この時点で、3 本のジャンパー ワイヤがすべて接続され、ポテト クロックが動作を開始できます。
9. 9 ポテトクロックをチェックします。時計は正常に動作するはずです。
   • 亜鉛と水素イオンが枯渇すると、ジャガイモの体内時計が遅くなります。水素イオンが回りくどい方法で亜鉛原子から電子を奪うために使用するエネルギーは、ジャガイモの時計を動かし続けるためのエネルギーですが、その小さな部分は必然的に無駄になります。 ^[11]
   • 2つのジャガイモを接続する目的は、「回路」を作成し、時計を流れる電子の力が接続されていない場合の2倍になるようにすることです。 ^[12] 。このように、これら 2 つのジャガイモは、単に電子が一方向に流れる電気化学セルを使用しているわけではないため、真に「バッテリー」と呼ぶことができます。 ^[13]
   • ポテトクロックが動き始めたら、時間を調整します。
   • ポテトクロックが動作しない場合は、すべての配線、特にクロックのプラス極とマイナス極が正しい順序で接続されていることを確認してください。それでも時計が動かないのであれば、ジャガイモなどの野菜に含まれるエネルギーだけでは時計を動かすのに十分ではないのかもしれません。 ^[14] 。この場合、マルチメーターを使用して電圧と電流を測定し、少なくとも実験自体が成功したことを確認できます。電圧または電流を測定するときにギアがある場合は、低いギアを選択してください。この植物性電池の電圧はわずか 1 ボルトまたは 2 ボルトで、電流はわずか数マイクロアンペアだからです。
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ヒント

• ポテトクロックキットを購入できます。安価なポテト クロックは、数本のワイヤー、時計、およびジャガイモに差し込まれた電極だけです。より高価なポテト クロックには、ジャガイモ用のボックスが付いており、時計とジャガイモが一体化しています。
• レモン電池は時計にも使えますが、水素イオンを供給するのはリン酸ではなくクエン酸です^。[15] 。細かい違いはあるものの、他の野菜や果物の給電原理も同じで、電子を失いやすい極から電子を得やすい極へと電子が流れ、電流が発生します。電池を作るのに使えるのはジャガイモだけではありません。レモン、アボカド、バナナ、さらにはソーダ水などの果物や野菜も試すことができます。 ^[16]
• イスラエルの研究者たちは、調理したジャガイモは生のジャガイモよりも10倍多くの電力を生み出すことを発見した。 ^[17]
• あなたのポテトクロックは、おそらくクォーツ時計です。その原理は、非常に小さな水晶音叉に電流を流すことです。音叉は電流の周波数で振動し、振動の形で電気信号を送信します。クォーツ時計の残りの部分は、各振動を記録して対応する時間を計算し、時計の文字盤の水晶を通して時間を表示します。 ^[18]
• 銅電極上の過剰電子は銅電極の腐食を防ぐことができ、この現象を利用することもできます。この方法を使って銅の腐食を防ぎたいのであれば、電池を作るというよりも「陰極腐食防止」の実験を行ったと言った方が正確でしょう。亜鉛やマグネシウムなどの安価で活性な金属は、それ自体が腐食して電子を放出し、比較的不活性な貴金属を供給することができます。 ^[19] 。 （水は電池内の酸ほど活性ではないため、導体に抵抗がない場合でも活性金属はすぐには腐食しません。）この方法を使用して大きな貴金属を保護する場合は、発電機または電力線を介して外部直流電流を貴金属に適用できます（もちろん、これを行うには専門の機械を使用するのが最善です。水と家庭用電気を自分で使用することは非常に危険です）。 ^[20]

警告する

• ポテト時計を作るのに使われるジャガイモは食べられません。
• 釘やワイヤーは危険なものであり、不適切に使用すると危害を及ぼす可能性があるため、この実験を行うときは子供が監督される必要があります。バッテリーを取り外す間は誰かが見守っている必要があります。

準備が必要です

• 洗ったジャガイモ2個、または半分に切った大きなジャガイモ1個
• 亜鉛メッキ釘2本
• 銅釘2本または銅線2本
• ジャンパー線 3 本 (両端にクリップ付き)
• 電池式の LCD 時計 (安価な時計のように灰色の画面に黒い文字が表示されます。このタイプの時計に必要な電圧は通常 1.5 ボルトだけです)