구리·아연 전극을 꽂은 샤인머스캣 포도 전지의 전압·전류 측정과 핸드폰 충전 가능성 계산 실험

Science Experiments

Electronics & Electricity

2022. 1. 27.

https://www.youtube.com/watch?v=q4Z2mVIbMQI

샤인머스캣 과일로 핸드폰 충전하는 방법 (주작X)

Summary

샤인머스캣 포도알에 구리 판과 아연 판을 꽂아 산화 환원 반응으로 전기를 만드는 과일 전지 실험입니다. 포도 전지의 전압과 전류를 측정하고 여러 알을 연결해 발광 부품과 저전력 모터를 구동해 본 뒤, 보조배터리 출력(5V 1A)을 내는 데 필요한 포도알 수를 계산했습니다.

Question

구리 판과 아연 판을 꽂은 샤인머스캣 포도알로 핸드폰을 충전할 만큼의 전기를 만들 수 있을까?

Principle

서로 다른 두 금속을 전해질이 있는 물질에 꽂으면, 반응성이 큰 아연 전극에서는 전자를 내놓는 산화 반응이, 구리 전극에서는 전자를 받는 환원 반응이 일어나 두 전극 사이에 전위차가 생기고 도선으로 연결하면 전류가 흐릅니다. 과일 속 즙은 이온이 이동할 수 있는 전해질 역할을 할 수 있습니다.

전지를 직렬로 연결하면 전압이 더해지고 병렬로 연결하면 공급할 수 있는 전류가 늘어나지만, 과일 전지는 내부 저항이 커서 흘릴 수 있는 전류가 매우 작습니다.

핵심 원리: 산화 환원 반응 · 볼타 전지 · 전해질 · 직렬연결 · 내부 저항

Method

구리 판과 아연 판을 샤인머스캣 포도알에 하나씩 꽂아 전극으로 사용했습니다.
디지털 멀티미터의 악어 클립을 포도 전지에 물려 전압을 측정했습니다.
여러 포도알을 전선과 악어 클립으로 직렬연결해 작은 발광 부품에 연결했습니다.
서로 간섭되는 포도알들을 떼어 작업대 위에 넓게 놓은 뒤 저전력 모터(소형 팬)를 연결했습니다.
포도알 5알의 전류를 멀티미터로 측정했습니다.
측정값을 바탕으로 보조배터리 출력(5V 1A)을 내는 데 필요한 포도알 수와 비용을 계산했습니다.

Equipment

샤인머스캣 포도송이 · 구리 판 · 아연 판 · 디지털 멀티미터(saehan 3235 CARD HiTESTER) · 전선 · 악어 클립 · 소형 발광 부품 · 저전력 모터(소형 팬) · 보조배터리(5V 1A 출력 표기)

Result

구리 판과 아연 판을 꽂은 포도 전지에서 약 1V의 전압이 측정되었습니다.
여러 포도알을 직렬로 연결하자 작은 부품에서 파란색 빛이 켜졌습니다.
저전력 모터를 연결했을 때는 모터가 돌지 않았습니다.
포도알 5알에서 측정한 전류는 0.3mA로, 한 알당 0.06mA 수준이었습니다.
이를 통해 포도 전지로 작은 부품의 빛은 낼 수 있지만 전류가 매우 작아, 5V 1A 출력의 보조배터리 수준에 이르려면 계산상 포도알 약 10만 알(약 2,500송이)이 필요하다는 것을 확인했습니다.
다시 실험을 한다고 하면 더 큰 구리판과 아연판, 그리고 구연산(시트르산)이 비교적 많은 신맛 과일로 시도한다면 훨씬 작은 규모로 비교적 큰 전력을 얻을 수 있도록 진행할 것 같습니다만, 콘텐츠 시각적인 관점에서는 뭔가 많아보이고, 그 당시 핫한 아이템(과일) 등으로 하는 것이 유리했으므로 그래서 샤인머스켓을 사용했다는 점은 여담입니다.

Topics

과일 전지(Fruit Battery) · 산화 환원 반응(Redox Reaction) · 볼타 전지(Voltaic Cell) · 전극(Electrode) · 멀티미터(Multimeter) · 직렬연결(Series Connection) · 전압(Voltage) · 전류(Electric Current)