Il terreno tra gli elettrodi di rame condurrà elettricità perché è bagnato, il terreno contiene sali e questi sali si dissoceranno nell'acqua in ioni che possono muoversi. Gli ioni positivi si sposteranno verso l'asta di rame attaccata al lato negativo della batteria (il catodo) e gli ioni negativi si sposteranno verso l'asta di rame attaccata al lato positivo della batteria (l'anodo).

All'anodo e al catodo, se esegui questo esperimento abbastanza a lungo, inizierai a vedere i risultati di questi ioni che reagiscono elettrochimicamente con il rame. Probabilmente noterai che una è più corrosa dell'altra, se colleghi la batteria sempre allo stesso modo.

Qualsiasi particella carica che si muove, sia che si tratti di elettroni mobili in rame o ioni mobili in acqua, è un corrente elettrica. La corrente elettrica è misurata in ampere (A), spesso con il prefisso metrico milli- (m). 1000 mA = 1 A.

Puoi misurare la quantità di corrente che si muove in un paio di direzioni. La cosa più semplice e precisa è procurarsi un amperometro (un posto come Radio Shack dovrebbe vendere un multimetro economico e sufficiente) e collegarlo in serie alla batteria, in questo modo:

^{simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab}

Non importa da che parte si collega l'amperometro, o in quale direzione. Se è "al contrario", allora indicherà solo una corrente negativa.

L'intensità della corrente che fluirà sarà una funzione della resistenza del suolo. Meno resistenza significa più corrente. La resistenza viene misurata in ohm (Ω), spesso con un prefisso metrico come kilo- (k) o mega- (M).

La resistenza dipenderà da (tra le altre cose):

• quanto è umido
• la composizione del terreno
• quanto bene gli elettrodi lo contattano

Se si dispone di un multimetro, è anche possibile impostarlo per misurare la resistenza, scollegare la batteria e collegare le sonde del misuratore nel punto in cui si trova la batteria. Ho appena misurato la resistenza del terreno umido più vicino a me e ho scoperto che era 382kΩ. I risultati saranno probabilmente molto diversi.

Conoscendo la resistenza, la legge di Ohm può essere utilizzata per calcolare la corrente che fluirà, data una certa tensione applicata a quella resistenza. Basta dividere la tensione per la resistenza. Nel mio caso:

$$ {9 \: \ mathrm V \ over 382 \: \ mathrm {k \ Omega}} = 0.024 \: \ mathrm {mA} $$

A complicare le cose è che la batteria aggiungerà una resistenza propria (chiamata resistenza interna ), e questa resistenza aumenterà quando la batteria si scarica, con conseguente minore corrente. Quando la batteria è "scarica", la sua resistenza interna è così alta che quasi nessuna corrente scorre.

In ogni caso, la resistenza del suolo sarebbe una buona cosa da includere nei dati in sé, poiché è indipendente da le condizioni della batteria, ed è un'altra variabile che puoi analizzare. Potresti persino vedere come l'irrigazione influisce sulla conduttività del suolo e cercare di mantenere la stessa conduttività del test e dei fagioli di controllo.

La capacità della batteria è solitamente specificata in mAh o milliampere. Una batteria alcalina da 9 V ha una capacità compresa tra 90 mAh e 300 mAh, a seconda della velocità con cui la si scarica. Una scarica più rapida significa una capacità inferiore.

1 mAh significa che la batteria può fornire un mA per 1 ora prima di spegnersi, o 2 mA per mezz'ora o 0,5 mA per 2 ore. Questa è una buona opportunità per fare pratica con l ' analisi dimensionale. Ad esempio, se misuro che la corrente è 0,02 mA, potrei stimare che la batteria durerà per:

$$ \ require {cancel} {300 \: \ mathrm {\ cancel {mA} \ cdot \ cancel {hour}} \ over 1} \ cdot {1 \ over 0.02 \: \ cancel {\ mathrm {mA}}} \ cdot {1 \: \ text {day} \ over 24 \: \ cancel {\ text {hour}}} = 625 \: \ text {days} $$

Posso dirti che se la batteria si surriscalda, scorre molta corrente e la batteria si spegnerà molto presto. Quindi o la tua resistenza del suolo è molto inferiore alla mia, o c'è qualche difetto nella tua configurazione, come i fili nel terreno si toccano. L'uso di una batteria che si avvia da zero ed è scarica prima che l'esperimento sia terminato probabilmente invaliderà i risultati, quindi suggerirei di indagare ulteriormente.

Per rispondere alle tue domande:

1. Se i fili di rame si toccano, rappresenteranno quasi un cortocircuito diretto alla batteria che scaricherà rapidamente la batteria e si surriscalderà. Pertanto, assicurati che ciò non accada.
2. Un terreno umido sarà più conduttivo (resistenza inferiore) di un terreno asciutto. Pertanto, più corrente fluirà dalla batteria.
3. Un semplice multimetro, impostato su un intervallo di corrente e posto in serie con uno dei fili di rame, dovrebbe essere in grado di misurare la corrente.
4. È difficile calcolare il livello di corrente poiché dipende da una serie di fattori tra cui la dimensione dei fili di rame, il contenuto di umidità del suolo, il volume del terreno, le impurità nel suolo, ecc.
5. Poiché il livello attuale non è noto, è difficile prevedere quanto durerà la batteria. Se è possibile misurare il livello corrente, è possibile determinare meglio la durata della batteria.

Se la batteria si surriscalda, sembra che tu stia producendo una buona quantità di corrente, e non poco, e la batteria potrebbe esaurirsi molto velocemente.

Per fornire una la piccola corrente molto accuratamente è probabilmente al di sopra e al di là di ciò che vuoi fare. Ho un suggerimento, tuttavia, che potrebbe avvicinarti.

Invece di collegare la batteria, collega direttamente al suo posto un multimetro digitale da $ 4 che puoi acquistare in un posto come Harbor Freight, e prestare attenzione al numero che si ottiene quando si misura la resistenza (è necessario ruotare la manopola su "ohm"). Diciamo che il numero che ottieni è 200 ohm (non ho idea se sia anche nel campo da baseball - anche il numero potrebbe cambiare con l'irrigazione). Supponiamo ora che desideri generare 10 milliampere di corrente. Poiché V = IR e V = 9 volt a causa della batteria, 9 / 0,01 produce 900 ohm. Dato che ne hai già 200, devi aggiungere una resistenza di circa 700 ohm in serie con lo sporco. Potresti essere in grado di acquistare resistori in Radio Shack se riesci a trovarne uno ancora aperto.

Tutto ciò presuppone che ci sia un percorso CC per la corrente, che sembra esserci quando la batteria si surriscalda, e che non cambierà nel tempo.

Se non puoi effettuare la misurazione, potresti comunque mettere in serie una resistenza da 500-700 ohm.

Se la batteria è calda, c'è troppa corrente nel cavo, come hanno detto tutti. Se c'è ancora troppa corrente, la batteria potrebbe esplodere (scoppiare, davvero) o perdere acido: che casino.

Devi ridurre la corrente che attraversa il suolo. Lo fai aumentando il lavoro che gli elettroni devono svolgere per attraversare il suolo.

Prima cosa da provare: allontana i fili nel terreno.

Un ingegnere dovrebbe "aggiungere un resistore in serie". Probabilmente non hai un resistore in giro per casa, ma sono facili da realizzare!

Crea un quadrato di 2 pollici, molto scuro, su un pezzo di carta, con una matita: la grafite conduce, ma non perfettamente. Il quadrato nero è la tua resistenza. Attacca i fili ai lati opposti del quadrato, assicurandoti che siano ben saldi sulla grafite. Forse usa un peso per schiacciare i fili sulla grafite.

Collega tutto in questo modo:

(+ terminale) --- filo1 --- [quadrato nero] --- filo2 --- [sporco] --- filo3-- - (- terminale)

Che è ciò che intendiamo con "aggiunta di una resistenza in serie".

Credito extra: varia la corrente che attraversa il terreno avvicinando o allontanando i fili a parte e variando le dimensioni del quadrato di grafite.

Quindi crea un grafico! Primo premio.

1. Ciò che questo esperimento sta realmente verificando è se l'aggiunta di ioni rame nel terreno ha effetti sulla crescita di Lima. Se vuoi davvero studiare l'effetto della sola corrente elettrica, prendi in considerazione l'acquisto di elettrodi di grafite.

2. A meno che tu non innaffi i tuoi semi con l'acqua del Mar Morto, la batteria non può realisticamente diventare caldo. Quasi sicuramente hai incrociato quei fili di rame sotto terra, creando un corto. La tua batteria si è surriscaldata la prima volta per questo motivo.

3. Dopo essere stata cortocircuitata per diversi buoni minuti, la batteria dovrebbe essere considerata scarica (per fortuna non è esplosa, btw). Ecco perché non fa più caldo: i morti non sudano. Dovrai procurartene uno nuovo se vuoi continuare. Mettere un resistore in serie è un'idea valida, se vuoi assicurarti che la tua seconda batteria duri più a lungo.

Hai qualcosa che ti dirà se la batteria sta ancora producendo quasi 9 volt? Se hai un multimetro, probabilmente è adatto. Ho anche visto alcune piccole radio che richiedevano batterie da 9 volt. Se la batteria non produce più quasi 9 volt, considerala scarica e procurati una nuova batteria da 9 volt.