GALVANISK ELEMENT - SITRONBATTERI & DANIELLCELLEN

Daniel Espegren Dutta | 3MKA | 20. April 2015

Forsøk #1:

Hensikt:

Forstå hvordan en Daniellcelle (galvanisk celle) er oppbygd og hvordan den fungerer.

Utstyr:

• 3x Begerglass
• 1x Cu (kobber) stang
• 1x Zn (sink) stang
• Kobbersulfatløsning
• Sinksulfatløsning
• Stålull
• Papir
• Saltløsning (elektrolytt)
• Måleinstrument (voltmeter)
• Ledninger

Teori:

I en galvanisk celle er det to poler: En positiv pol (kobber) og en negativ pol (sink). I den negative polen skjer det en oksidasjon; elektroner avgis. I den positive polen skjer det en reduksjon; her tas elektronene opp. Dette kalles en redoksreaksjon (elektroner går fra et stoff til et annet). En elektrolytt brukes for å lede strøm og forbinde disse to polene sammen. Elektronene gir elektrisk energi til en ytre strømkrets.

I en redoksreaksjon bruker vi metaller fra spenningsrekka:
Li, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Hg, Au, Pt

Jo lengre avstanden er fra hverandre, dess større blir spenningen. Dessuten vil stoffet lengst til venstre være negativ pol

Fremgangsmåte:

1. Finn fram alt av utstyr
2. Hvert begerglass fylles med hver sin løsning
3. Rull sammen papiret og legg den i saltløsningen. Monter papiret på de to andre begerglassene slik at de blir koblet sammen
4. Gni stålullet gjentatte ganger på sink- og kobberstanga
5. Koble på ledningene i stengene og i voltmeteret
6. Legg kobberstanga i kobberløsningen og sinkstanga i sinkløsningen
7. Ved å se på voltmeteret kan vi se hvor stor spenningen blir

Utstyr fullt satt opp

Hypotese:

Da John Frederic Daniell gjorde dette forsøket i 1836, fikk han et utslag på 1.1 volt, noe som var nok til å kunne lyse opp en lyspære eller drive en liten elmotor. Jeg forventer et lignende resultat.

Resultat:

     Etter å ha prøvd med forskjellig tykkelse på papiret og mengden salt har vi fått et maksimalt utslag på 0.8 volt. 

Vårt største resultat vist på voltmeteret

Feilkilder:

Begerglasset med kobberløsningen hadde en grønnaktig farge, noe den ikke skulle ha. Jeg mistenker at glasset ikke var rent. Dette kan ha påvirket kretsen vår og dermed gitt oss et dårligere resultat.

Et vått papir renner når det plukkes opp. Dette kan være en annen feilkilde ettersom vi kan ha dryppet noen dråper i feil løsning når vi skulle bytte elektrolytt. 

Det må være noe galt med kobberløsningen

Konklusjon:
Vi klarte å lage en fullfungerende Daniellcelle, men fikk et litt mindre utslag enn forventet. Det er åpenbart at strømmen bevegde seg fra pol til pol og vi har dermed utført en redoksreaksjon. Dette gjør det lettere å forstå hvordan et batteri funker. 



Forsøk #2:

Vi gjorde et lignende forsøk tidligere, men med en sitron istedenfor. Her ble sitronen brukt som en elektrolytt for å lede strømmen.

Vi presset inn en kobbermynt og en spiker (sink) i sitronen og monterte på ledninger. Ledningene var koblet til et voltmeter.

Resultatet ble ikke stort, men den funket ihvertfall!

SPØRSMÅL:

Hvorfor blir kobberstanga den positive polen og hvorfor blir sinkstanga den negative polen?

Kobber står lengst til høyre av de to metallene i den galvaniske spenningsrekka.

Metallet som løses opp hurtigst (til venstre i rekka) vil bli minuspol.

Jo større mellomrommet i rekka er, dess større blir spenninga.

Skriv ned reaksjonslikningene ved hver pol. Hva blir oksidert og hva blir redusert?

Oksidasjon: Atomet gir fra seg ett eller flere elektroner

Reduksjon: Atomet tar opp ett eller flere elektroner

I Daniellcellen vil kobberet ta ta imot elektronene fordi det er positiv pol (reduksjon) og sinket vil gi fra seg elektroner (oksidasjon) fordi den er negativ pol.

   Reaksjonsligning i Sink:

Zn -> Zn2+ + 2e–

Sinkatomet gir fra seg 2 elektroner og blir til et Zn2+ -ion. Her skjer det en oksidasjon.

   Reaksjonsligning i Kobber:

Cu2+ + 2e– -> Cu

Kobberionene blir redusert på grunn av elektronene som Sinket gir fra seg. Elektronene legger seg på Cu-stanga. Her skjer det en reduksjon.

LEKMANNSKONFERANSEN

Parkinson:

1. Vil ikke du finne en kur til din sykdom? Er ikke det verdt alt forskningen?
2. Plager det deg egentlig at man bruker et embryo til å gi deg et godt liv?

Lege:

1. Hvor langt vil du gå for å behandle dine pasienter?
2. Mener du at det å forske på stamceller er viktig for ditt arbeid som lege?

Teolog / prest:

1. Hvor går grensen som skiller et foster fra et menneske?
2. Vi kritiserer ikke dine synspunkter, hvorfor blander du deg inn i våre?

Par:

1. Vil dere ikke heller bidra til en utvikling av behandlinger som skal kurere sykdommer, enn å la befruktede egg som er til overs bare bli ødelagt?
2. Hva syntes dere er rimeligst, et forbud som kan føre til at forskningen blir ført i skjult praksis, eller en regulering som gjør at vi kan forske videre?

Vi bruke stamceller til så mangt. Vi kan kurere sykdommer som parkinsons, kreft og alzeimers, så hvorfor ikke la forskerne kunne forske?

Vi har en lang vei igjen å gå, det er mye vi enda ikke vet om stamceller. Derimot er en ting vi vet for sikkert er det at det finnes uante muligheter innenfor behandling av pasienter med sykdommer som før ble ansett som en dødsdom. Fortjener ikke disse pasientene og få den behandlingen de fortjener? Fortjener de ikke å kunne bli friske og leve et normalt liv, med en god helse, som alle oss andre…? Med Stamcelleforskning kan vi utvikle medisiner og behandlingsmetoder som vil redde tusenvis av liv.

Vi kan finne stamceller flere steder. Vi har: Vev hos voksne mennesker, da spesielt beinmargen, navlestrengblod, aborterte fostre og blastocyster. Av disse er blastocyster det mest omdiskuterte, men kanskje også det med størst potensiale? Det er begynnelsen på et menneskeliv sier mange, men må det nødvendigvis det? Vi snakket her om det stadiet som kommer 4 dager etter befruktning. Et blastocyst er på langt nær et liv, det er kun celler. celler med et enormt bruksområde. Skal vi forby onanering og beskyttet sex fordi det kunne blitt et liv ut av det?

Stamcellene i et blastocyst kalles pluripotente celler, og de har mulighet til å utvikle seg til alle mulige celler. De kan for eksempel bli blodceller, muskelceller, nerveceller og mye mer. Grunnen til at det er så viktig å fortsette forskningen på dette området er fordi nettopp disse cellene kan erstatte ødelagte celler og vev. Dette kan føre til en revolusjon innen forskningen og kureringen av farlige, dødelige sykdommer som Parkinson, Alzheimers og hjerteinnfarkt. Også diabetes kan i fremtiden bli kurert med disse stamcellene, og kanskje vil vi i fremtiden finne enda flere sykdommer som stamcellene kan kurere.

Så hvorfor ikke la oss forske på stamceller? La oss klone egg for å få fler stamceller. Det hadde ikke blitt noe av egget om vi ikke hadde gjort det, så hvorfor bruke det faktumet at det kunne vært et liv som argument. Ikke la allerede levende mennesker bli ofre på grunn av blastocyster som ikke er et liv eller aborterte fostre som ellers hadde blitt destruert. Gi oss forskere et friere spillerom og la oss gjøre jobben vår. Så kan religiøse fanatister finne noe annet å reagere på.

3.3 HALVERINGSTID

Daniel Espegren Dutta | 3MKA | 15. Desember 2014

HENSIKT

Simulere halveringstiden til et radioaktivt stoff gjennom alfastråling. Dette gir oss en forståelse på hva halveringstid er

UTSTYR

 - 20x Terninger
 - En kopp
 - Penn og papir / Excel / Google Spreadsheet

TEORI
Halveringstiden blir bestemt ut ifra sannsynligheten for at et radioaktivt stoff skal sende ut partikler. Etter X tid vil dette stoffet være halvparten av hva det opprinnelig var. Noen stoffer har lang halveringstid og andre har korte. I dette forsøket brukes det terninger for å simulere halveringstiden. 

FREMGANGSMÅTE 

 - Legg alle terningene i koppen
 - Rist koppen
 - Kast ut terningene ut av koppen
 - Fjern alle seksere og legg alle ikke-seksere tilbake i koppen
 - Noter ned hvor mange terninger du har igjen
 - Gjenta prosessen
 - Etter 10 kast skal man begynne på en ny serie
 - Etter 5 serier kan man lage et diagram som viser hva halveringstiden er

HYPOTESE

Det er 1/6 sjanse for å få en sekser per terning. For hver sekser som kommer på bordet, blir sjansen mindre for å få en ny sekser. I en perfekt verden vil man få 1/6 av den totale antall terninger bli seksere. På første kast vil man derfor enda opp med 3 ⅓ seksere. Med denne formelen vil man derfor være på cirka 10 terninger (halvert) etter kast #4. 

Statistisk riktig fremstilling av hva halveringstiden burde være

RESULTAT
Dette excelarket burde forklare antall terninger som var igjen etter X antall kast. Ifølge gjennomsnittet var halveringstiden etter 3 kast.

Resultater fra forsøket

FEILKILDER

Dette er et forsøk som baseres reint på sannsynlighet. Noen ganger kan man få mange seksere, andre ganger færre. Vi hadde "flaks" og fikk mange flere seksere enn hva som var beregnet i hypotesen. 

Det er mulig å øke sjansene for å få sekser ved å steke dem i ovnen. Tvilsomt at dette er gjort, men man vet aldri. Dessuten vil kasteteknikken påvirke resultatet også.

KONKLUSJON

Resultatene er annerledes enn hypotesen, noe som er forventet. Tilfeldighetene spiller en stor rolle, og sannsynligheten for et perfekt resultat blir ekstremt sjeldent.

Denne grafen illustrerer gjennomsnittet av Y antall terninger igjen etter X kast. Den røde linjen markerer halveringspunktet 

Hvis vi hadde gjennomført dette forsøket mange flere ganger eller samlet resultatene fra alle gruppene, ville vi fått et samlet resultat som var mer lik hypotesen. 

RADIOACTIVE - Imagine Dragons

RD1503

Dette er et dosimeter av typen RADEX 1503. 

Stor knapp til høyre: A

Liten knapp nede til venstre: B

Liten knapp over B: C

Batteriikon: Batterilevetid som er igjen

µSv / h: Hvilken måleenhet som brukes

0.30: Terskelsignal. Enheten lager lyd dersom signalet blir høyere enn dette tallet

Stort tall i midten: Mengden radioaktivitet oppgitt i µSv

INNHOLD

1. Power

 1.1: Knappen

2. Menu

 2.1: Åpne / Lukke menyen

 2.2: Inni menyen

 2.3: Units

 2.4: Levels

 2.5: Setup

   2.5.1: Backlight

   2.5.2: Audio

3. Måling

 3.1: Starte å måle

 3.2: Under måling

 3.3: Etter måling

1. POWER

1.1: KNAPPEN

For å skru på dosimeteret trykk på A.

For å skru av dosimeteret hold inne A.

2. MENU

2.1: ÅPNE / LUKKE MENYEN

For å åpne menyen; trykk på C

For å gå ut av menyen; trykk på A

2.2: INNI MENYEN

For å gå tilbake trykk på A

Naviger nedover med B

Velg alternativ med C

2.3: UNITS

Velg µSv / h (Mikro-Sievert / time) - Dette er standardmåleenheten

2.4: LEVELS

Du kan velge hvor kraftig terskelstyrken skal være. Hvis mengden radioaktivitet går over dette tallet vil dosimeteret lage en pipelyd.

2.5: SETUP

2.5.1: BACKLIGHT

Skru bakgrunnslys av eller på

2.5.2: AUDIO

Skru pipelyden til høyt, lavt eller av.

3. MÅLING

3.1: STARTE Å MÅLE

Den starter automatisk. Ingen grunn til panikk

3.2: UNDER MÅLING

Vent til at alle 4 Ba'ene til venstre er ferdig, dermed har enheten kalibrert seg.

3.3: ETTER MÅLING

Det store tallet i midten indikerer hvor mye µSv / h som er i lufta. Dette er basert på gjennomsnittet i løpet av kalibreringstiden.

_______________________________________________________________________

Hensikt:

Lære mer om radioaktivitet og stråling ved bruk av radioaktive steiner. Kunne bruke et dosimeter for å måle stråledoser.

Følgende utstyr ble brukt:

- Dosimeter (Radex 1706)

- Radioaktive steiner (Orthitt, Euxenitt og Raudberg)
- Naturfagsbok og notatblokk

Oppgaver teori:

1. Finn fakta om de tre radioaktive isotopene Strontium-90, Americum-241 og Cesium-137.

Strontium-90

Er et radioaktivt isotop av Strontium. Har en halveringstid på 29 år og brukes hovedsaklig i medisinsk behandling. Brukes til radioaktiv terapi ved behandling av enkelte typer kreft knyttet til knokler og skjelett. Fordi stoffet kan generere mye varme, kan det også brukes som erstatning for plutonium i kjernekraftverk. Strontium-90 sender ut betastråling og har en biologisk halveringstid på gjennomsnittlig 18 år.

Kilder: http://en.wikipedia.org/wiki/Strontium-90

Americum-241

Americum finnes ikke i naturen, men fremstilles kunstig ved nøytron-bombardement av plutonium. Den radioaktive isotopen am-241 brukes for å måle glassruters tykkelse, og som strålekilde i røykvarslere. En ionisk røykvarsler består av en radioaktiv kilde som ligger inne i et ionkammer. Siden strålingen ioniserer luften i kammeret blir det generert elektrisk strøm. Hvis røykpartikler kommer inn i kammeret, reduseres strømmen og alarmen går. Stoffet sender ut alfa-stråling (og gamma), men i svært små mengder og utgjør derfor en svært liten helserisiko. Halveringstiden er på 433 dager, den biologiske halveringstiden i lever er på 20 år og 50 år i ben.
Kilde: http://no.wikipedia.org/wiki/Americium

Cesium-137
Er et radioaktivt isotop av Cesium som ofte er et resultat av fusjon av uranium. Har en halveringstid på rundt 30 år og forekommer ofte i atomreaktorer og i atomvåpen. Er et av de mest problematiske radioaktive stoffene siden det sprer seg hurtig og høy vannløselighet. Har også flere praktiske bruksområder i små doser ved industri og medisinsk behandling av kreft. Sender ut betastråling. Stoffet kan være svært skadelig for vitale organer i kroppen ved store mengder. Den biologiske halveringstiden er på tre måneder.
Kilde: http://en.wikipedia.org/wiki/Caesium-137

Illustrasjon av alfa-, beta- og gammastråling.

2. Fysisk halveringstid er tiden som går før halvparten av atomkjernene i det radioaktive stoffet er omdannet til andre atomkjerner. Mengden og intensiteten fra strålingen er dermed halvert.

Biologisk halveringstid er tiden det tar før halvparten av konsentrasjonen av stoffet er utskilt fra kroppen. Denne tiden er avhengig av fysiologiske faktorer.

3. Undersøkelser viser at små barn er to til tre ganger mer sensitive for radioaktiv stråling enn voksne. Forskere har ikke kommet frem til en fastsatt konklusjon, men begrunner resultatene ved at barnas kropp og organer ikke er ferdig utviklet. Dette gjør barn mer skjøre og sårbare for stråling.

Målinger:

Her er resultatene av målingene av de radioaktive steinene Orthitt, Euxenitt og Raudberg. Alt er oppgitt i mikrosievert (µSv/t).

Orthitt: 0,58 µSv/t

Er et av de vanligste mineralene i norske pegmitt-ganger og kan forekomme i store mengder i krystaller på over 100 kilo. Kan inneholde 0-3% uran eller thorium. Har høyest utslag av de tre prøvene.

Raudberg: 0,25 µSv/t

Består av mørk sideritt med noe metallisk hematitt. Forekommer ved Ulefoss i Telemark med smeltemasser i jordskorpen. Er kun svakt radioaktiv.

Euxenitt: 0,26 µSv/t

Et svart blankt material som ofte forekommer i norske granitt-pegmanitter, spesielt i Agderfylkene. Inneholder vanligvis betydelige mengder uran og thorium (opptil 10% av vekt) og finnes i flere kilo tunge klumper. 

Bakgrunnsstråling:

Inne: 0,20 µSv/t

Ute: 0,21 µSv/t


Konklusjon:
Om man blir utsatt for stråling fra disse radioaktive kildene utgjør det ingen fare på kort sikt, målingene er generelt sett veldig lave. Likevel vil Orthitt (også kalt Allanitt) utgjøre størst risiko over lenger tid grunnet den største gjennomsnittlige stråledosen.

Balgrunnsstrålingen var nærmest uforandret inne som ute. Mulig dette har noe med at vi befant oss i en bygning laget av et materiale som kan redusere strålingen innendørs (selv om det her ofte er flere potensielle strålingskilder). Ellers var den gjennomsnittlige strålingen som forventet, og bekrefter det faktum at vi omgir oss med radioaktiv stråling hver dag.


Feilkilder:
Mulige feilkilder kan være ujevn måling, feil eller unøyaktig utstyr/dosimeter, samt andre radioaktive kilder som kan gi effekt på resultatet. Spesielt gjelder dette ved de individuelle målingene av steinene.