核心概念
化學
電
電池
化學反應
簡介
您是否曾經想過，您的手機、筆記型電腦或手電筒如何在不插電源插座的情況下工作？使所有這些行動式裝置正常工作的電能來自哪裡？您可能知道答案：它們使用電池！但您知道這些電池是如何工作的嗎？電池以化學能的形式儲存電能，這意味著電池內部的電化學反應會產生電。這聽起來可能很複雜，但它比您想象的要簡單！在這項活動中，您將僅使用卡紙、醋、鹽和少量硬幣和墊圈來製作一個基本的自制電池，並透過點亮 LED 來證明它是有效的！
背景
電是電荷的存在，可以是正電荷或負電荷。電流是由移動的電荷產生的，通常以電子或離子的形式出現。在電池中，這些移動的電荷是由化學反應產生的，這意味著電能來源於化學能。電池的主要組成部分是兩個電極，通常由碳或兩種不同的金屬製成，以及電解質，電解質是一種與兩個電極接觸的液體或糊狀物。電極和電解質需要導電，以允許電子和離子從一個電極流向另一個電極。現在的問題是電子從哪裡來？這就是化學發揮作用的地方。
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電子是透過電化學氧化還原（還原-氧化）反應產生的，其中負電荷（以電子的形式）從一種化學物質（或金屬）轉移到另一種化學物質（或金屬）。這些反應中釋放的電子和離子透過電解質從一個電極移動到另一個電極。在此過程中，一個電極釋放電子，而另一個電極接受電子以完成電路。有許多不同型別的電池使用不同的化學反應來產生電子；兩種常見的電池是鋰離子電池和鎳鎘電池。在此活動中，您將使用醋和鹽溶液作為電解質來製作銅鋅電池。您認為您的電池會產生足夠的電力來為 LED 供電嗎？
材料
20 個金屬墊圈（鍍鋅；硬幣大小）
20 個硬幣（最好是閃亮的）
鉛筆
卡紙
剪刀
碗
醋
食用鹽
勺子
小型白色或紅色 LED
紙巾
可耐受醋溢位的工作區
計算器（可選）
鋁箔（可選）
萬用表（可選）
準備
注意：在此活動中，您將製作一個低壓電池。這個自制電池產生的電量是安全的；然而，較高的電壓可能非常危險甚至致命，您永遠不應嘗試使用商用電池或牆壁插座。
用鉛筆在卡紙上描 20 次硬幣。
剪下所有硬幣大小的紙片。
將一些醋倒入碗中，並加入足夠的鹽以形成飽和溶液，這意味著並非所有的鹽都能溶解。用勺子混合。
將 15 個硬幣大小的紙片放入碗中，讓它們在醋鹽溶液中浸泡五分鐘。
步驟
拿起一個墊圈，將其放在您的工作區上。墊圈是由什麼材料製成的？
拿起一塊浸溼的卡紙，將其放在墊圈的頂部。您認為卡紙需要浸泡在醋鹽溶液中的原因是什麼？
接下來，將另一個墊圈放在浸溼的紙片的頂部。
然後將另一個墊圈放在那個墊圈的頂部。新增另一張浸溼的卡紙，然後在上面新增另外兩個墊圈。
重複交替使用浸溼的紙和兩個墊圈，直到總共使用了九個墊圈。您應該以兩個墊圈放在浸溼的紙片頂部結束。
用紙巾擦乾墊圈堆的側面。您要確保側面是乾燥的。
另外，請檢查浸溼的紙張是否在每一側僅接觸一個以上的墊圈。
拿起 LED，將兩個接觸引腳分開。然後將 LED 的長引腳推到堆疊的下方，使其與底部的墊圈牢固接觸。將短引腳放在堆疊頂部的墊圈上，然後向下按。觀看 LED。當您將引腳連線到墊圈堆的頂部和底部時，燈會亮起嗎？
以相同的方式製作第二個堆疊，但這次使用硬幣而不是墊圈。硬幣是由什麼材料製成的？
硬幣堆疊完成後，擦乾側面，並確保浸溼的紙張在每一側僅接觸一枚硬幣。
然後再次拿起 LED，將長引腳連線到底部的硬幣，將短引腳連線到頂部的硬幣。當您與硬幣接觸時，您是否看到 LED 點亮？
製作第三個堆疊，但這次從底部的硬幣開始，在硬幣的頂部放置一張浸溼的紙片，然後在紙的頂部新增一個墊圈。重複新增硬幣、浸溼的紙和墊圈，直到總共使用了五個硬幣。您應該以一個硬幣放在墊圈的頂部結束。
同樣，請務必擦乾硬幣墊圈堆側面浸溼的紙上多餘的液體，並檢查浸溼的紙張是否在每一側僅接觸一個墊圈和一枚硬幣。
然後將 LED 引腳的長端連線到堆底部的硬幣，將短端連線到堆頂部的墊圈。這次 LED 會發生什麼情況？
最後，使用乾燥的卡紙製作第四個堆疊，交替使用硬幣、乾燥的紙片、墊圈、硬幣、乾燥的紙片、墊圈，直到使用了五個硬幣。您認為卡紙是溼的還是乾的會有所不同嗎？
再次拿起 LED，將長引腳連線到堆疊的底部，將短引腳連線到頂部。這次 LED 會亮嗎？為什麼會或不會？
額外：您需要多少個硬幣和墊圈才能點亮 LED？數量重要嗎？嘗試減少您堆疊的硬幣和墊圈的數量。您需要點亮 LED 的最少硬幣和墊圈數量是多少？
額外：如果您用另一種材料（如鋁箔）替換墊圈會發生什麼情況？您仍然會得到一個功能正常的電池嗎？剪下硬幣大小的鋁箔片，並建立一個由硬幣和鋁製成的堆疊來找出答案！
額外：如果您在家中有一個萬用表，則可以測量電池的電壓及其產生的電流。當您向電池中新增更多硬幣時，電壓和電流會如何變化？
觀察和結果
您是否成功讓 LED 點亮？可能不是使用僅由硬幣或墊圈組成的前兩個堆疊。硬幣塗有銅，這使得您的硬幣成為此活動的銅電極。另一方面，鍍鋅墊圈塗有鋅，這是一種不同的金屬，在您的電池中用作鋅電極。功能電池的關鍵是兩個電極之間必須發生電化學反應。如果兩個電極均由相同的材料製成，則不會發生反應，也不會產生電力。
但是，當您將硬幣與墊圈交替使用時，您將建立一個具有兩個不同電極的電池 — 一個是鋅，另一個是銅。現在，鋅和銅之間可能會發生電化學反應，釋放電子透過電解質（醋和鹽浸泡的卡紙）移動，從而產生電流。這就是為什麼 LED 應在您透過交替使用硬幣和墊圈建立的第三個堆疊中點亮的原因。當您去除電解質並改用乾燥的紙片時，電子不再能夠從一個電極移動到另一個電極，因此不會產生電流，並且 LED 不會點亮！
清理
用自來水沖洗硬幣和墊圈，然後擦乾。之後可以重複使用它們。丟棄浸溼的卡紙並擦拭您的工作區。
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