Science Fair-Projekt: Schwacher Strom verbessert Keimung und Wachstum von Samen

Mein Sohn aus der 5. Klasse führt ein wissenschaftliches Projekt durch, um zu zeigen, dass ein schwacher elektrischer Strom, der an eine Limabohne angelegt wird, dazu beiträgt, dass sie schneller wächst als eine Limabohne, die ohne Strom wächst. Nach einem im Internet beschriebenen Experiment hat er zwei Styroporbecher mit Gartenerde und jeweils drei Limabohnen. Eine Tasse hat zwei 12 "18-Gauge-Kupferdrähte, die an einem Ende mit einer 9-Volt-Batterie mit Krokodilklemmen verbunden sind, und die anderen Enden werden in den Boden eingeführt. Er soll zweimal täglich gießen und fünf Minuten pro Tag an die Batterie anschließen Hoffentlich sprießen die Bohnen in zehn Tagen und wachsen sechs, bevor die Ergebnisse fällig werden.

Das erste Mal, als er drei Minuten lang eine neue Alkalibatterie anschloss, wurde die Batterie sehr warm. Seitdem wurde der Akku wie angewiesen angeschlossen, wird aber nicht mehr warm.

Ich bin kein Elektrotechniker und das Ganze bringt mich nur dazu, Fragen zu stellen. Alle Kommentare oder Erkenntnisse wäre sehr dankbar.

Fließt der Strom automatisch, wenn nur zwei Kupferdrähte an die Batterieklemmen angeschlossen werden? Die Kupferdrähte dürfen sich gemäß den Anweisungen nicht im Boden berühren - was wäre, wenn sie es tun würden? Ist es wichtig, wenn der Boden feucht ist? Kann die Strommenge, die fließt, ohne teure Ausrüstung gemessen werden? Kann es theoretisch mit hinreichender Sicherheit berechnet werden? Wie schnell wird der Akku entladen?

Tut mir leid, das sind alles grobe Fragen für Neulinge - du kannst sagen, dass ich nicht in meiner Liga bin!

Anmerkung hinzugefügt 2/18: Vielen Dank für all die wunderbaren Kommentare, die mir wirklich helfen, zu verstehen, was los ist. Ja, die Batteriekabel haben sich berührt. Ich bin sicher, das hat dazu geführt, dass sich die Batterie erwärmt hat. Zum Glück wurde kein bleibender Schaden angerichtet. Die Lektion hat gelernt, und die Batterie testet immer noch gut auf meinem Batterietester. Ich werde versuchen, ein digitales Multimeter zu erhalten, wie in mehreren Antworten vorgeschlagen, um die Frage nach der Bodenbeständigkeit zu beantworten und ungefähr herauszufinden, wie viel Strom an diesen Bohnen vorbeifließt.

Der Boden zwischen den Kupferelektroden leitet Elektrizität, weil er nass ist, der Boden Salze enthält und diese Salze sich im Wasser in Ionen auflösen, die sich bewegen können. Die positiven Ionen bewegen sich in Richtung des Kupferstabs, der an der negativen Seite der Batterie (der Kathode) angebracht ist, und die negativen Ionen bewegen sich in Richtung des Kupferstabs, der an der positiven Seite der Batterie (der Anode) angebracht ist.

Wenn Sie an Experiment und Kathode dieses Experiment lange genug durchführen, werden Sie feststellen, dass diese Ionen elektrochemisch mit dem Kupfer reagieren. Sie werden wahrscheinlich feststellen, dass einer stärker korrodiert als der andere, wenn Sie den Akku immer auf die gleiche Weise anschließen.

Jedes geladene Teilchen, das sich bewegt, seien es bewegliche Elektronen in Kupfer oder bewegliche Ionen in Wasser, ist ein elektrischer Strom. Der elektrische Strom wird in Ampere (A) gemessen, häufig mit dem metrischen Präfix Milli- (m). 1000 mA = 1 A.

Sie können messen, wie viel Strom sich auf verschiedene Arten bewegt. Am einfachsten und genauesten ist es, ein Amperemeter zu erwerben (ein Ort wie Radio Shack sollte ein Multimeter verkaufen, das billig und ausreichend ist) und es wie folgt in Reihe mit der Batterie zu schalten:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Es spielt keine Rolle, auf welcher Seite Sie das Amperemeter anschließen oder in welche Richtung. Wenn es "rückwärts" ist, zeigt es nur einen negativen Strom an.

Die Größe des fließenden Stroms hängt vom Widerstand des Bodens ab. Weniger Widerstand bedeutet mehr Strom. Der Widerstand wird in Ohm (Ω) gemessen, häufig mit einem metrischen Präfix wie Kilo- (k) oder Mega- (M).

Der Widerstand wird (unter anderem) abhängen von:

• wie nass es ist
• die Zusammensetzung des Bodens
• wie gut die Elektroden es berühren

Wenn Sie ein Multimeter haben, können Sie es auch so einstellen, dass der Widerstand gemessen, die Batterie abgeklemmt und die Messsonden an der Stelle angeschlossen werden, an der sich die Batterie befinden würde. Ich habe gerade den Widerstand des mir am nächsten gelegenen feuchten Bodens gemessen und festgestellt, dass er 382 kΩ beträgt. Ihre Ergebnisse werden wahrscheinlich sehr unterschiedlich sein.

Bei Kenntnis des Widerstands kann das Ohmsche Gesetz verwendet werden, um den Strom zu berechnen, der bei einer an diesen Widerstand angelegten Spannung fließt. Teilen Sie einfach die Spannung durch den Widerstand. In meinem Fall:

Erschwerend kommt hinzu, dass die Batterie einen eigenen Widerstand hinzufügt (der als Innenwiderstand bezeichnet wird ), und dieser Widerstand steigt, wenn sich die Batterie entlädt, was zu weniger Strom führt. Wenn die Batterie "leer" ist, ist ihr Innenwiderstand so hoch, dass fast kein Strom fließt.

In jedem Fall ist die Bodenbeständigkeit eine gute Sache, um sie in die Daten selbst aufzunehmen, da sie unabhängig vom Zustand der Batterie ist und eine weitere Variable ist, die Sie analysieren können. Möglicherweise sehen Sie sogar, wie sich die Bewässerung auf die Leitfähigkeit des Bodens auswirkt, und versuchen, die Leitfähigkeit des Tests und der Kontrollbohnen gleich zu halten.

Die Batteriekapazität wird normalerweise in mAh oder Milliamperestunden angegeben. Eine 9-V-Alkalibatterie hat eine Kapazität zwischen 90 mAh und 300 mAh, je nachdem, wie schnell Sie sie entladen. Eine schnellere Entladung bedeutet weniger Kapazität.

1 mAh bedeutet, dass die Batterie 1 Stunde lang 1 mA liefern kann, bevor sie leer ist, oder 2 mA für eine halbe Stunde oder 0,5 mA für 2 Stunden. Dies ist eine gute Gelegenheit, die Dimensionsanalyse zu üben . Wenn ich beispielsweise den Strom mit 0,02 mA messe, kann ich davon ausgehen, dass die Batterie eine Lebensdauer von:

Ich kann Ihnen sagen, dass, wenn die Batterie heiß wird, ziemlich viel Strom fließt und die Batterie sehr bald leer sein wird. Entweder ist Ihr Bodenwiderstand viel geringer als meiner, oder es liegt ein Fehler in Ihrem Setup vor, z. B. wenn sich die Drähte im Boden berühren. Die Verwendung einer Batterie, die vor Beginn des Experiments neu startet und leer ist, macht die Ergebnisse wahrscheinlich ungültig. Ich würde daher empfehlen, dies weiter zu untersuchen.

So beantworten Sie Ihre Fragen:

1. Wenn sich die Kupferdrähte berühren, stellen sie fast einen direkten Kurzschluss zur Batterie dar, wodurch die Batterie schnell entladen wird und sich erwärmt. Stellen Sie daher sicher, dass dies nicht geschieht.
2. Ein feuchter Boden ist leitfähiger (geringerer Widerstand) als ein trockener Boden. Daher fließt mehr Strom aus der Batterie.
3. Ein einfaches Multimeter, das auf einen Strombereich eingestellt und mit einem der Kupferdrähte in Reihe geschaltet ist, sollte in der Lage sein, den Strom zu messen.
4. Es ist schwierig, das aktuelle Niveau zu berechnen, da es von einer Reihe von Faktoren abhängt, darunter die Größe Ihrer Kupferdrähte, der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens, das Bodenvolumen, Verunreinigungen im Boden usw.
5. Da der aktuelle Stand nicht bekannt ist, ist es schwierig vorherzusagen, wie lange die Batterie hält. Wenn Sie den aktuellen Pegel messen können, kann die Batterielebensdauer besser bestimmt werden.

Wenn der Akku heiß wird, scheint es, als würden Sie viel Strom produzieren, und nicht ein bisschen, und der Akku kann sehr schnell leer werden.

Die Bereitstellung eines konstanten, kleinen Stroms sehr genau geht wahrscheinlich über das hinaus, was Sie tun möchten. Ich habe jedoch einen Vorschlag, der Sie näher bringen könnte.

Anstatt den Akku anzuschließen, schließen Sie direkt an seiner Stelle ein 4-Dollar-Digitalmultimeter an, das Sie an einem Ort wie Harbor Freight kaufen können, und achten Sie auf die Zahl, die Sie beim Messen des Widerstands erhalten (Sie müssten den Knopf drehen zu "Ohm"). Nehmen wir an, die Zahl, die Sie herausholen, beträgt 200 Ohm (ich habe keine Ahnung, ob das überhaupt im Stadion ist - auch die Zahl kann sich mit dem Gießen ändern). Angenommen, Sie möchten 10 Milliampere Strom erzeugen. Da V = IR und V = 9 Volt aufgrund der Batterie sind, ergibt 9 / 0,01 900 Ohm. Da Sie bereits 200 haben, müssen Sie einen Widerstand von ca. 700 Ohm in Reihe mit dem Schmutz hinzufügen. Möglicherweise können Sie Widerstände in Radio Shack kaufen, wenn Sie einen finden, der noch offen ist.

All dies setzt voraus, dass es einen Gleichstrompfad für Strom gibt, der zu sein scheint, wenn die Batterie heiß wird, und dass er sich im Laufe der Zeit nicht ändert.

Wenn Sie die Messung nicht durchführen können, können Sie trotzdem einen 500-700-Ohm-Widerstand in Reihe schalten.

Wenn die Batterie heiß ist, fließt zu viel Strom durch das Kabel, wie alle gesagt haben. Wenn immer noch zu viel Strom vorhanden ist, kann die Batterie explodieren (Pop, wirklich) oder Säure austreten: Was für ein Durcheinander.

Sie müssen den Strom durch den Boden reduzieren. Sie tun dies, indem Sie die Arbeit erhöhen, die Elektronen leisten müssen, um durch den Boden zu gelangen.

Versuchen Sie als erstes, die Drähte im Boden weiter auseinander zu bewegen.

Ein Ingenieur würde "einen Widerstand in Reihe hinzufügen". Sie haben wahrscheinlich keinen Widerstand um das Haus herum, aber sie sind einfach herzustellen!

Machen Sie ein 2-Zoll-Quadrat, wirklich dunkel, auf einem Stück Papier mit einem Bleistift - Graphit leitet, aber nicht perfekt. Das schwarze Quadrat ist Ihr Widerstand. Kleben Sie die Drähte auf die gegenüberliegenden Seiten des Quadrats und stellen Sie sicher, dass sie wirklich fest auf dem Graphit liegen. Verwenden Sie möglicherweise ein Gewicht, um die Drähte auf den Graphit zu quetschen.

Verknüpfe alles so:

(+ Klemme) --- Draht1 --- [schwarzes Quadrat] --- Draht2 --- [Schmutz] --- Draht3 --- (- Klemme)

Was wir unter "Hinzufügen eines Widerstands in Reihe" verstehen.

Zusätzliches Guthaben: Variieren Sie den Strom, der durch den Boden fließt, indem Sie die Drähte näher oder weiter auseinander bewegen und die Größe des Graphitquadrats variieren.

Dann mach ein Diagramm! Erster Preis.

1. In diesem Experiment wird wirklich geprüft, ob die Zugabe von Kupferionen in den Boden Auswirkungen auf das Limawachstum hat. Wenn Sie wirklich nur die Wirkung von elektrischem Strom untersuchen möchten, sollten Sie Graphitelektroden in Betracht ziehen.

2. Wenn Sie Ihre Samen nicht mit Wasser aus dem Toten Meer gießen, kann die Batterie nicht realistisch heiß werden. Sie haben mit ziemlicher Sicherheit diese Kupferdrähte unter der Erde gekreuzt und einen Kurzschluss erzeugt. Ihr Akku wurde dadurch beim ersten Mal heiß.

3. Nach einigen guten Minuten sollte die Batterie als leer angesehen werden (gut, dass sie übrigens nicht explodiert ist). Deshalb wird es nicht mehr heiß: Tote schwitzen nicht. Sie müssen eine neue erwerben, wenn Sie fortfahren möchten. Es ist eine gute Idee, einen Widerstand in Reihe zu schalten, wenn Sie sicherstellen möchten, dass Ihre zweite Batterie länger hält.

Haben Sie irgendetwas, das Ihnen sagt, ob diese Batterie noch fast 9 Volt produziert? Wenn Sie ein Multimeter haben, ist es wahrscheinlich geeignet. Ich habe auch einige kleine Radios gesehen, für die 9-Volt-Batterien erforderlich waren. Wenn die Batterie nicht mehr nahe 9 Volt produziert, behandeln Sie sie als leer und holen Sie sich eine neue 9-Volt-Batterie.