Cắm một cây đinh mạ kẽm và một đoạn dây đồng vào quả chanh, bạn đã có một cục pin nhỏ cho ra khoảng gần một vôn. Năng lượng không đến từ nước chanh như nhiều người tưởng, mà đến từ lớp kẽm trên cây đinh bị ăn mòn dần; nước chanh chỉ là môi trường cho các hạt mang điện đi qua. Một quả chanh không đủ thắp đèn, nhưng nối ba bốn quả lại thì có thể làm sáng một đèn LED nhỏ.
Chào bạn, đây là Nhà Vật Lý. Pin trái chanh là thí nghiệm kinh điển, nhưng thường được kể sai ở chỗ quan trọng nhất. Tập này mình làm cùng bạn từ đầu, giải thích đúng điện từ đâu ra, và dặn kỹ những điều an toàn, nhất là một điều tuyệt đối không được làm.
Chuẩn bị và lắp ráp
Bạn cần ba bốn quả chanh mọng nước, vài cây đinh mạ kẽm loại màu xám bạc, vài đoạn dây đồng trần hoặc miếng đồng mỏng, vài sợi dây điện nhỏ có kẹp cá sấu, một đèn LED nhỏ màu đỏ. Nếu có đồng hồ đo điện vạn năng thì càng hay.
Lăn quả chanh trên bàn cho mềm để nước bên trong tiết ra. Cắm cây đinh và đoạn dây đồng vào quả chanh, cách nhau khoảng hai ba phân, không để chúng chạm nhau bên trong.
Bật đồng hồ vạn năng ở thang đo điện áp một chiều nhỏ, chạm que đỏ vào đồng, que đen vào đinh. Bạn sẽ thấy con số cỡ gần một vôn. Đảo que, con số mang dấu trừ.
Nếu không có đồng hồ, bạn vẫn kiểm tra được bằng đèn LED ở bước sau. Đây là thí nghiệm hoàn toàn dùng pin tự làm, điện áp rất thấp, an toàn khi cầm nắm.
Điện thật ra đến từ đâu?
Kẽm là kim loại dễ nhả electron hơn đồng. Khi tiếp xúc với nước chanh có tính axit, các nguyên tử kẽm trên đinh nhả electron và tan vào dung dịch thành ion. Electron ở lại cây đinh, làm nó tích điện âm.
Phía dây đồng, các ion hidro trong nước chanh nhận electron để thành khí hidro. Nếu nối đinh và dây đồng bằng một sợi dây bên ngoài, electron sẽ chạy từ đinh qua dây sang đồng. Đó là dòng điện.
Như vậy, thứ bị tiêu hao là lớp kẽm, chứ không phải chất gì trong quả chanh. Nước chanh chỉ đóng vai môi trường dẫn ion. Thay chanh bằng khoai tây, quả cam, nước muối, bạn vẫn có pin, chỉ khác một chút về độ mạnh.
Đây là nguyên lý của pin điện hoá, cùng họ với cục pin tiểu trong điều khiển ti vi. Pin công nghiệp chọn vật liệu và cấu trúc tối ưu nên cho dòng lớn và bền hơn nhiều.
Vì sao một quả chanh không thắp nổi đèn?
Một đèn LED đỏ cần điện áp khoảng gần hai vôn mới bắt đầu sáng. Một quả chanh chỉ cho chưa tới một vôn, nên đèn không sáng.
Nối ba hay bốn quả chanh nối tiếp: đinh quả thứ nhất nối với đồng quả thứ hai, đinh quả thứ hai nối với đồng quả thứ ba, và cứ thế. Điện áp cộng dồn lên, đủ để đèn LED đỏ sáng mờ mờ trong phòng tối. Chân dài của đèn LED nối về phía đồng, chân ngắn nối về phía đinh. Nối ngược thì đèn không sáng nhưng cũng không hỏng.
Dù đủ điện áp, pin chanh vẫn chỉ cho dòng điện rất nhỏ, vì điện trở bên trong quả chanh lớn. Đó là lý do đèn chỉ sáng le lói và pin chanh không thể sạc điện thoại như một số video trên mạng tuyên bố.
Thử so sánh: cắm đinh và đồng gần nhau hơn, dùng miếng đồng to hơn, hay dùng quả chanh khác nhau, xem con số trên đồng hồ thay đổi ra sao. Đó là lúc thí nghiệm trở thành nghiên cứu nhỏ của riêng bạn.
An toàn: những điều phải dặn trước
Điều quan trọng nhất: tuyệt đối không bao giờ cắm dây, đinh, que kim loại của thí nghiệm vào ổ điện trong nhà, không nối pin tự chế với điện lưới. Điện lưới hai trăm hai mươi vôn có thể gây tử vong, như mình đã kể ở tập về điện lưới. Thí nghiệm này chỉ làm với nguồn là chính quả chanh.
Sau thí nghiệm, không ăn quả chanh đã cắm đinh, vì kẽm và các chất từ kim loại đã tan vào nước chanh. Bỏ chúng đi, rửa tay sạch.
Đầu đinh và đầu dây đồng có thể sắc, trẻ nhỏ cần có người lớn giúp cắm. Không để trẻ nhỏ cầm đèn LED và kẹp cá sấu cho vào miệng.
Nếu dùng pin tiểu để thử đèn LED trước, đừng tháo vỏ pin, đừng làm chập hai cực pin bằng dây kim loại vì pin có thể nóng lên.
Từ quả chanh tới cục pin của Volta
Khoảng năm một nghìn tám trăm, nhà khoa học người Ý Alessandro Volta chồng những đĩa kẽm và đồng xen kẽ với những miếng bìa thấm nước muối, tạo ra cột pin đầu tiên cho dòng điện ổn định. Đơn vị vôn được đặt theo tên ông.
Cột pin của Volta về bản chất giống hệt dãy chanh của bạn: nhiều cặp kim loại khác nhau ngăn cách bởi chất dẫn ion, nối tiếp nhau để cộng điện áp.
Từ phát minh đó, các nhà khoa học lần đầu có nguồn điện liên tục để làm thí nghiệm, mở đường cho mọi khám phá về điện và từ sau này.
Câu hỏi để bạn nghĩ tiếp: bong bóng xà phòng và mặt đĩa CD cũ đều trong suốt hoặc bạc trắng, vậy mà dưới ánh nắng chúng lại lấp lánh đủ màu cầu vồng. Những màu đó từ đâu ra khi không có chất màu nào?
Câu hỏi thường gặp
Pin chanh có sạc được điện thoại không?
Không thực tế. Pin chanh chỉ cho dòng điện rất nhỏ; muốn sạc điện thoại cần ghép một số lượng chanh khổng lồ và rất lâu. Các video sạc điện thoại bằng hoa quả thường là dàn dựng.
Có thể thay chanh bằng loại quả nào khác?
Khoai tây, cam, táo, dưa chuột muối, thậm chí cốc nước muối đều dùng được, vì chúng chứa chất dẫn ion. Điện áp chủ yếu phụ thuộc cặp kim loại, còn loại quả ảnh hưởng tới dòng điện.
Không có đinh mạ kẽm thì dùng gì?
Có thể dùng vòng đệm mạ kẽm hoặc một mẩu tôn mạ kẽm nhỏ đã mài mép cho khỏi sắc; đừng tháo vỏ pin cũ để lấy kẽm. Đinh sắt thường cũng cho điện áp nhưng thấp hơn đinh mạ kẽm.
Vì sao đèn LED phải cắm đúng chiều?
Đèn LED là linh kiện bán dẫn chỉ cho dòng điện đi theo một chiều. Cắm ngược, dòng không qua được nên đèn không sáng; với điện áp thấp của pin chanh thì đèn không bị hỏng.
Đồng hồ vạn năng dùng thế nào cho an toàn?
Chỉ dùng ở thang đo điện áp một chiều phù hợp cho pin nhỏ trong thí nghiệm này. Không đem đồng hồ đo ổ điện nếu chưa được người có chuyên môn hướng dẫn, và không bao giờ để trẻ tự đo điện lưới.
