Rotační elektrolyt – školní pomůcka

S pokusy z elektrolýzy se studenti na střední škole setkávají v hned v několika předmětech, dokonce si s elektrolýzou mohou „pohrát“ v rámci praktik z fyziky či chemie. Přesto si zde dovoluji předložit návod na jednoduchý pokus z této kapitoly. Pokus svým pojetím propojuje tuto látku s problematikou magnetismem, takže jej lze využít i při výkladu pohybu nabité částice v magnetickém poli, kde zase není tolik příležitosti ukázat roztomilý a názorný pokus.

Obrázek 1 – fotografie pomůcky "Rotační elektrolyt"

Tento pokus je poměrně známý a k jeho realizaci se používají různé pomůcky, které mají dle svého provedení různou životnost. Cílem tohoto článku je ukázat návod na stavbu „fortelnější“ pomůcky, která nám vydrží poměrně dlouho. Jistě Vás nyní napadá, proč zase něco stavět, když je tu spousta firem, které se výrobou a dovozem pomůcek zabývají. Vždyť zde nejde o žádný technicky náročný pokus, takže by se taková maličkost měla sehnat za „pár šestáků“. Možná dala, možná ne. Kdo to má vědět? Řada firem, ještě nepochopila, že pokud na svých WWW stránkách či ve svém katalogu jasně nabízené pomůcky nepopíší či lépe ji nevyfotografují, tak ji z názvu a ceny to nikdo nikdy nepozná. Situace s financemi na nákup pomůcek dnes asi nikde není taková, aby bylo možné nakupovat zajíce v pytli. Navíc některé firmy asi dokonce ani neví, co vlastně prodávají. Kupříkladu firma ARKUS s r. o. Kyjov na náš dotaz, jaká je mřížková konstanta nabízené optické mřížky, nám oznámila, že to neví a počítat to nikdo nebude, protože těch vrypů je tam opravdu moc. Navíc ve chvíli, kdy se ukázalo, že naše škola od této firmy nehodlá udělat nákup alespoň za 50 tisíc, bylo jednání s námi nekompromisně ukončeno. A to (prý) jde o firmu zaměřenou výhradně na prodej pomůcek školám! Tak od takových obchodníků nakupovat pomůcky skutečně asi nikdo nechce a raději si tedy nějakou tu drobnost takříkajíc „spíchne sám“.

Vraťme se však k naší pomůcce. Z obrázku 1 vidíme, že jde o Pettriho misku opatřenou dvěma elektrodami. Miska s elektrolytem je postavena na magnetu. Jako elektrolyt můžeme použít buď slanou vodu nebo kupříkladu roztok modré skalice. Při průchodu elektrického proudu elektrolytem dochází vlivem magnetického pole ke stáčení nosičů náboje a tím i roztočení elektrolytu v misce. Při změně směru proudu či magnetismu se pochopitelně změní i směr otáčení elektrolytu. To se dá velmi efektně zvýraznit malou lodičkou nebo jen kousky polystyrenu na hladině. Lze velice názorně ukázat platnost pravidla levé ruky pro pohyb nabité částice v magnetickém poli.

Standardně si učitelé tuto pomůcku vyrábějí obalením okraje misky alobalem a do středu se pokládá přímo banánek vodiče. Alobal na obvodu však nikdy příliš dlouho nevydrží. Při použití roztoku modré skalice se navíc středový banánek pokrývá produkty elektrolýzy a těžko se pak čistí. Mnou navrhovaná úprava je vytvoření stabilních měděných elektrod s přívodními dráty. Jedna měděná elektroda je v podobě měděného pásku po obvodu druhá ve středu misky. Pro stavbu potřebujeme Pettriho misku, měděný pásek, nůžky na plech, silnější měděný drát, kousek měděné tyčky či trubičky, pájku, cín, epoxidové lepidlo, trojboký jehlový pilník, trochu terpentýnového oleje, libovolný šroubek (např. M3) se zapuštěnou hlavou.

Začneme-li vnější elektrodou, musíme si ustřihnout proužek měděného plechu, který spájíme tak, aby vzniklý kroužek bylo možné těsně vložit do Pettriho misky. Rovnou můžeme připájet i přívodní drát. Nemáme-li doma nějaký kousek měděného plechu, může nám pomoci některý klempíř, který nám dá jinak nezpracovatelné zbytky nebo lze v elektroobchodě či instalatérských potřebách koupit tzv. zemnící pásky, pomocí kterých se uzemňuje kovové potrubí. Pásek je vyroben z 0,5 mm tlusté mědi a má rozměru 50 × 1,5 cm, cenově se pohybuje pod hranicí 20 Kč.

Jako vnitřní elektrodu, lze použít buď kousek měděné tyčky nebo trubičky. Já jsem použil trubičku. Opět šlo o odpad po řemeslníkovi – tentokráte po topenářích, kteří měděné trubičky používají na rozvod topení. Pokud nic vhodného na vnitřní elektrodu nemáme, můžeme z kousku měděného plechu stočit a spájet trubičku. Opět nakonec připájíme přívodní drát.

Máme-li obě elektrody hotové, můžeme je zalepit do misky. Použijeme k tomu epoxidové lepidlo. Pokud jsme pracovali přesně, vnější elektroda by měla držet třením a zalepovat by se ani nemusela. Zato uchycení vnitřní elektrody je trochu oříšek. Zprvu jsem si myslel, že přilepení bude dostatečně pevné. Bohužel se ukázalo, že ani po důkladném odmaštění tento spoj nemá příliš dlouhého trvání. Ani „zázračná“ vteřinová lepidla se při lepení na sklo moc nevyznamenala. Rozhodl jsem se tedy střední elektrodu uchytit mechanicky. Napadlo mě do skla vyvrtat otvor a elektrodu klasicky přišroubovat. Trubičku vnitřní elektrody jsem měl vyplněnou epoxidem z předchozích pokusů o její lepení, tak zde stačilo jen vyvrtat otvor a vyřezat závit. Větší problém je, jak provrtat sklo. Buď využít služeb sklenáře. Ale jestliže jsme si až sem dokázali poradit sami, zkusíme to i teď. Vrtání skla v amatérských podmínkách se nejlépe provádí pomocí trojbokého jehlového pilníku a terpentýnového oleje. Přiznávám, že nevím proč zrovna terpentýnového oleje, zda by nestačil jiný olej či jen voda, ale s terpentýnem to jde skutečně perfektně. Stačí na místo, kde chcete vyvrtat otvor nalít terpentýn a špičkou pilníku zde otáčet. Občas opět trochu dolít terpentýn, aby špička pilníku byla stále namočená. Lehce tlačit na pilník tak, aby sklo pod hrotem znatelně vrzalo. Stačí vytrvat asi 5 minut. Pak je třeba obdobným způsobem otvor začistit a připravit zapuštění hlavy šroubu. Zapuštění hlavy jsem nakonec začal brousit pomocí modelářské vrtačky s brusnou hlavičkou, kterou jsem opět máčel v terpentýnu. Stále je třeba vše dělat opatrně a příliš netlačit. Za dalších 5 minut bylo hotovo. Kdo nemá modelářskou vrtačku, může použít malou brusku, která se prodává již s řadou brusných nástavců a díky různým prodejním akcím ji má dnes doma téměř každý kutil. Dříve než přišroubujeme střední elektrodu, je třeba vyzkoušet, jak do vzniklého otvoru zapadá šroubek. Asi se nám nepodařilo vybrousit otvor tak, aby se šroubek opíral celou plochou své hlavy. Jinak by při velkém dotažení došlo ve skle k pnutí a sklo by prasklo. Na obrázku 2 vidíte, jak vypadá detail šroubku. Vzniklou mezeru mezi sklem a hlavou šroubu proto doporučuji vyplnit epoxidovým lepidlem, kterého po zaschnutí pomůže rovnoměrně rozložit tlak hlavy šroubu na sklo, navíc zde slouží jako těsnění, aby pod středovou elektrodou elektrolyt neprosakoval.

Obrázek 2 – detail šroubu ve středové elektrodě.

Pokud jsme pro středovou elektrodu použili plný materiál, vyřežeme do něj závit a elektrodu našroubujeme. Možná je dobré spodní část elektrody potřít lepidlem, které bude sloužit jako těsnění. Je-li středová elektroda vytvořena z trubičky nebo stočením měděného plechu, vyplníme ji epoxidovým lepidlem, do kterého můžeme zalít matičku – např. jak vidíme na obrázku 2. Tím je stavba definitivně hotova.

I když se postup zdá být zdlouhavý a obtížný, není tomu tak. Myslím, že průměrně šikovný člověk by přípravu všech komponent pro stavbu této pomůcky měl zvládnou asi za hodinu. Jediné zdržování je díky používání epoxidového lepidla, které na své vytvrdnutí potřebuje několik hodin až jeden den. Celkově lze tedy říci, že za víkend lze pomůcku vyrobit.

Další variace na dané téma

Po napsání článku „Rotační elektrolyt“ jsem si v dětském animovaném pořadu „Seriál o moudrých“ (Byl jednou jeden vynálezce) všiml pokusu podobného. Místo středové elektrody v elektrolytu plavala korková zátka s elektrodou. Magnet byl uprostřed misky namočen v elektrolytu. Zátka po připojení elektrického napětí začala kroužit okolo magnetu, což je asi na první pohled divácky zajímavější než v předchozí variantě. Z hlediska výroby je tento pokus dokonce možná i jednodušší, protože není třeba řešit uchycení centrální elektrody. Magnet do středu misky stačí mouze postavit.

První obrázek ukazuje můj náčrtek, jak by mohl být tento pokus řešen a konkrétní řešení. Druhý obrázek pak již reálné řešení. Okraj misky je opět obložen měděným páskem, přívodní vodič ke korkové zátce s elektrodou (kousek měděného plíšku, který zároveň slouží jako kýl) je co nejslabší, aby neovlivňoval pohyb zátky. Osobně s touto variantou příliš spokojen nejsem, neboť je trochu problém se správným nastavením, aby pokus přesvědčivě běhal. Zatím mám tento pokus poměrně krátce, tak doufám, že se mi podaří vychytat jeho "dětské nemoci".

Obrázek 3 – návrh jiné alternativy pokusu

Autor článku: Miroslav Panoš