¿Por qué el voltaje de las baterías de vinagre en serie no es igual a la suma de los voltajes individuales?

Question

Estoy trabajando en una demostración en clase / práctica para la clase de la escuela primaria de mi hijo, y he hecho algunas pequeñas baterías con monedas de 10 centavos de Nueva Zelanda (recubiertas de cobre), arandelas de zinc y cartón empapado en vinagre. Cada célula individual mide alrededor de 0.96 voltios, pero cuando pongo 4 juntas, solo obtengo alrededor de 2.6 voltios. Me pregunto si hay algo que desconozco sobre la naturaleza de estas baterías que hace que no sumen.

Además, incluso con 2.6 voltios, el mismo voltaje que obtengo de un par de pilas eneloop AA, el LED no es muy brillante en absoluto, en comparación con conectarlo a las pilas eneloop AA, donde el LED es bastante brillante. ¿Es esto debido al amperaje bajo de la batería de vinagre? ¿Poner más en serie lo mejoraría (o necesito hacer otro y conectarlos en paralelo)?

Soy un poco novato en electrónica, principalmente lo estoy aprendiendo ahora ya que a mi hijo le interesa mucho, así que me divierto aprendiéndolo con él.

Gracias por cualquier consejo.

He adjuntado una imagen a continuación que muestra el producto final previsto (aprieto la parte superior e inferior de los cables LED para completar el circuito, como un interruptor simple). A la derecha está lo que estoy usando para mis celdas (sin el vinagre y sin que el cartón esté cortado para que encaje en la moneda).

Answer 1

Además de demostrar alguna generación básica de electricidad, ¡demostrarás por qué no generamos electricidad comercial utilizando monedas de NZ y vinagre!

simular este circuito – Esquema creado utilizando CircuitLab

Figura 1. Cada batería tiene una resistencia interna que causa una caída de voltaje a medida que aumenta la corriente.

El efecto de la resistencia interna es causar una disminución de voltaje a medida que aumenta la corriente. Una demostración simple de esto será conectar como se muestra con el multímetro configurado en mA cuando esté en la posición AM1 (asegúrate de que las puntas estén en los enchufes correctos) y configurado en DC V en la posición VM1.

• Desconecta el LED. Mide el voltaje en circuito abierto. No es necesario medir la corriente en circuito abierto. Será cero.
• Vuelve a conectar el LED. Mide la corriente y el voltaje. Utilizando esta información deberías poder calcular la resistencia interna total de tu batería. \$R = \frac {V_{OC} - V_{LOADED}}{I} \$.

Es difícil decir por qué no estás obteniendo cuatro veces 0.96 V cuando están conectadas en serie, pero una foto podría decirnos más.

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Al ver la foto, sospecho que puede haber alguna fuga en tus celdas individuales. Si los lados de las arandelas o monedas se mojan, habrá un cortocircuito parcial en la celda. Para probar esto, haz cuatro celdas separadas conectadas por alambre en lugar de la pila.

Answer 2

Cuando se conecta cualquier batería a una carga, su voltaje de salida caerá un poco debido a la resistencia interna de la batería.

Si estás construyendo una batería, hay cuatro cosas simples que puedes hacer para reducir la resistencia interna de la batería:

1. Haz los electrodos más anchos.

   • La resistencia del electrolito será inversamente proporcional a la sección transversal del electrolito por el que viaja la corriente. Generalmente, la mayor parte de la corriente viajará en línea recta directamente entre los electrodos.
   • La rapidez a la que pueden ocurrir las reacciones químicas es proporcional al área de los electrodos.
   • Esto es equivalente a conectar múltiples baterías en paralelo.

2. Reduce el espacio entre los electrodos. La resistencia del electrolito será proporcional a la distancia que la corriente tiene que recorrer a través de él.

   • Usar cartón más delgado o toallas de papel debería reducir la resistencia.

3. Aumenta la concentración de iones en el electrolito. La conductividad será algo proporcional a la concentración de iones.

   • Por ejemplo, el vinagre contiene ácido acético. Usar otra marca de vinagre con un mayor porcentaje de ácido acético podría ayudar.
   • Si utilizas ácido cítrico en lugar de vinagre, puedes comprar polvo de ácido cítrico puro en tu tienda de comestibles local. Suele estar en la sección de repostería.

4. Usa un electrolito que tenga mayor movilidad de iones. La resistencia del electrolito será inversamente proporcional a la movilidad de iones.

   • El ácido cítrico (que se encuentra en el jugo de limón) y el bicarbonato de sodio (bicarbonato de soda) son buenos electrolitos.

Answer 3

Además del fenómeno de la resistencia interna que reduce el voltaje de la batería bajo carga, debes prestar atención al comentario de @Jasen sobre los cortocircuitos internos. Observa las baterías de calidad industrial, y notarás que las celdas individuales nunca comparten electrolito.

Te sugiero que intentes colocar una película no mojable (como trozos de una bolsa de plástico o papel de caramelo) entre cada moneda de una celda y la arandela de la siguiente celda. Como aún necesitas que estén conectadas eléctricamente, coloca un pequeño cable a través de tu capa de aislamiento. Eso debería mejorar la salida de tu batería y acercar el voltaje total a la suma de los voltajes de las celdas individuales, al menos sin carga.