„Bateria ręczna” w działaniu

Miernik pokazuje wówczas napięcie albo przepływ prądu, ponieważ na powierzchniach elektrod, zwilżonych owocowym lub warzywnym sokiem, zachodzą reakcje chemiczne. Ich skutkiem jest separacja ładunków elektrycznych i wytworzenie siły elektromotorycznej (SEM). Z układu połączonych takich baterii można nawet zasilać niewielkie urządzenia elektroniczne, np. zegarek lub diodę LED. Dziś zajmiemy się inną wersją tych doświadczeń, w której zamiast warzyw my sami będziemy źródłem SEM.

Pierwsze z proponowanych doświadczeń nazywane bywa „baterią ręczną” i zostało pokazane na fotografii. Do sklejki albo płyty mocujemy butaprenem dwa większe, prostokątne kawałki blachy wykonane z różnych metali, np. z miedzi i cynku. Blachy powinno oddzielać kilka centymetrów, a każda z nich powinna być połączona jednym przewodem z uniwersalnym miernikiem elektrycznym. Miernik należy przełączyć na zakres miliwoltomierza lub mikroamperomierza. Połączenia wykonujemy, przylutowując po jednym z końców obu przewodów do blach oraz zaopatrując pozostałe końce we wtyczki bananowe. Gdy nic nie dotyka żadnej z blach, miernik pokazuje 0. Jeżeli na każdej z płyt położyć dłoń, to miernik wskaże przepływ prądu. Typowa wartość wskazywanego napięcia w przypadku elektrod cynkowej i miedzianej wynosi około 0,15 V, a natężenie prądu – kilkadziesiąt miliamperów. Ponieważ prąd ten jest bardzo mały, a oporność ciała człowieka bardzo duża w porównaniu z oporem przewodów połączeniowych i miernika, więc wskazywane napięcie równa się praktycznie sile elektromotorycznej.

Przyczyną przepływu prądu jest wytworzenie się ogniwa galwanicznego w układzie złożonym z blach (stanowiących elektrody) i skóry dłoni. Na skórze zawsze znajduje się pewna ilość potu zawierającego sole rozpuszczone w wodzie (głównie chlorek sodu), które stanowią elektrolit. Wskazania miernika zależą od wielu czynników, m.in. pola powierzchni dłoni, siły ich nacisku na elektrody, wilgotności skóry, materiałów, z których wykonano elektrody. Wilgotność skóry z kolei zależy np. od wieku (zwykle jest mniejsza u osób starszych), stanu zdrowia i stanu emocjonalnego osoby wykonującej doświadczenie. Ta ostatnia zależność wykorzystywana jest w tzw. wykrywaczach kłamstw (wariografach). Urządzenia te miałyby wykorzystywać fakt, że stres spowodowany koniecznością kłamstwa skutkuje zwykle wzrostem wilgotności skóry i zmniejszeniem jej oporności elektrycznej.

Poprzednią wersję doświadczenia możemy łatwo rozwinąć, tak żeby wzięło w nim udział wiele osób. Każda z „łańcucha” osób trzyma dłonie sąsiadów poprzez zespoły elektrod wykonane z dwóch różnych metali połączonych w dowolny sposób zapewniający dobry kontakt elektryczny. Ważne jest, żeby części każdego zespołu elektrod wykonane z tego samego metalu, np. miedzi, były zwrócone w jedną stronę. Skrajne osoby w łańcuchu trzymają odizolowane końce przewodów dołączonych do miernika. W tym przypadku siły elektromotoryczne wytwarzane przez poszczególne osoby w łańcuchu się sumują, co powoduje wzrost wskazań miernika napięcia w porównaniu z omawianą poprzednio sytuacją. Z kolei natężenie płynącego prądu zależy w znacznym stopniu od powierzchni metalu stykającej się z dłońmi w każdym zespole elektrod.

Opisane doświadczenia umożliwiają sprawdzenie niejako „na własnej skórze” prawa Ohma dla całego obwodu i praw Kirchhoffa. Doświadczenia te świetnie nadają się też do wykorzystania podczas różnego rodzaju festiwali lub pikników naukowych, ponieważ świetnie bawią i integrują uczestników. Mogą też służyć do ustanawiania oryginalnych rekordów, np. która grupa wytworzy wyższe napięcie albo natężenie prądu. W tym celu zamiast elementów z cynku i miedzi warto zastosować elementy z innych metali, np. glinu i miedzi (wskazówką do optymalnego doboru jest szereg elektrochemiczny metali, zamieszczony w tablicach fizycznych lub chemicznych). Na podobieństwo „łańcuchów czystych serc” my, zainteresowani fizyką, możemy nadać bateriom elektrycznym bardziej ludzki charakter i poeksperymentować z „łańcuchami elektrycznych dłoni”.