如何做土豆钟

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今晚要吃土豆吗？不如拿本来要下的土豆来做一项神奇的化学实验吧。你知道有一种能够纯粹靠土豆维持运转的钟吗？今天就来教你如何制作土豆钟。

步骤

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准备好素材。所需素材列在“你需要准备”列表下。
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将两个土豆分开放。每个土豆都是一个“电化电池”，能够通过化学反应释放电力。 ^{[1]
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研究来源} 一个土豆叫做“土豆A”，另一个叫做“土豆B”。
- 土豆作为一个整体就好像是电池的外壳，起到固定的作用。土豆中的汁液就是电解质，其中会析出带电的原子或分子（即离子），从而产生电流 ^{[2]
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  研究来源} 。而土豆汁液中的稀磷酸则可以为反应提供氢离子。
- 有的原子（或分子）容易得到电子，就会变成“阴离子”；而有的原子则容易失去电子，就会变成“阳离子”。不同元素得失电子的能力不同，这是因为不同质子吸附电子的能力不同（即核电荷数不同），价电子在原子核外排列的方式不同，价电子与其他原子相互作用形成化学键的能力也不同 ^{[3]
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  研究来源} 。土豆的汁液中含有稀磷酸 ^{[4]
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  研究来源} ，其中一部分就会分解成氢离子（阳离子）和磷酸根离子（阴离子）。 ^{[5]
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在每个土豆上都插入一枚镀锌的钉子。
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再在每个土豆上插入一枚铜钉，或是一段铜丝，不能与刚才的锌钉碰到一起。在做这一步时，一定要注意，这个实验成败的关键就在于锌钉与铜钉之间是否隔得足够远，因为两者间的距离才是电能产生的根本。 ^{[6]
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研究来源
Show Me How, <i>500 Things You Should Know</i>, p. 27, (2008), ISBN 978-1-74196-327-4}
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打开钟上装电池的盖子，取出电池。注意电池正负极的位置。
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用第一根跨接线将土豆A上的铜钉与钟的正极连接。具体做法是，将跨接线上的一头夹在铜钉上，另一头的夹子夹在钟的正极（即“+”处）。
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用第二根跨接线将土豆B上的锌钉与钟的负极（即“-”处）连接。
- 当你将锌极（即锌钉）与铜极连接时，由于这两种金属的原子都不如氢离子吸附电子的能力强，金属原子上的电子就会被氢离子夺走。不带电的氢原子也会形成氢气分子逃逸出来；这样，金属阳离子与更多的氢气就会被释放出来。随着反应缓慢地进行，磷酸中的氢会不断被释放出来，金属也会慢慢被消耗掉。
- 锌比铜更容易失去电子。因此，当你用导体 ^{[7]
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  研究来源} （即跨接线）连接两个电极时，电子就会从锌极移到铜极上来。 ^{[8]
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- 锌极失去电子后，部分锌原子就会变成阳离子析出。铜极上多出来的电子会被更多的氢离子得到，同时也会使部分铜原子得以保全自己的电子，铜钉也就不易被腐蚀（说得更准确一点，其实是铜原子失去电子后又能比较容易地重新得到电子，从而达到一种得失平衡，铜就基本上不会被腐蚀了） ^{[9]
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  研究来源} 。同时，铜极也在失去电子，而锌极也在得到电子，这就延缓了反应的进行。但电线中通过的电子会越来越多，两极的土豆中也会有越来越多的氢气与锌离子析出，反应就会不断进行下去，这主要是铜极在不断地吸引电子的缘故，就像一个小循环。 ^{[10]
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  研究来源} .
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用第三根跨接线将土豆A的锌极与土豆B的铜极连接。至此，三根跨接线均连接完毕，土豆钟就可以开始工作了。
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检查土豆钟。这时的钟应该可以正常运转了。
- 当锌与氢离子逐渐消耗殆尽时，土豆钟就会慢下来了。氢离子以迂回的方式从锌原子上夺走电子的能量，正是维持土豆钟运转的能量，当然其中一小部分是不可避免地浪费掉的。 ^{[11]
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  研究来源}
- 将两个土豆连接的目的就是创造出一个“回路”，这样电子穿过钟使其运作的力量就有未连接之前的两倍大 ^{[12]
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  研究来源} 。这样，这两个土豆也才真正称得上是“电池”，因为你所使用的已经不仅仅是电子单向流动的电化电池了。 ^{[13]
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  研究来源}
- 一旦土豆钟开始运转，就调一下时间吧。
- 如果土豆钟不转，就检查下是否所有电线都连接到位，且顺序没有出错；尤其要检查钟的正负极有没有连对。如果钟还是不转，那么可能像土豆这样的蔬菜中的能量还不足以使其运作 ^{[14]
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  研究来源} 。这样的话，你可以用万用电表来测一下电压及电流，至少可以肯定实验本身是成功的。测电压或电流时，如果有档位的话，要选择较低的档位，因为这种蔬菜电池的电压只有一两伏，电流则只有几微安。
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小提示

你可以买一个土豆钟套装。便宜的土豆钟就是几根电线、一个钟、加上用来插在土豆上的电极；比较贵的土豆钟则会有用来装土豆的盒子，将钟和土豆连成一个整体。
柠檬做的电池也可以为钟供电，只不过提供氢离子的是柠檬酸而不是磷酸 ^{[15]
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研究来源} 。其他蔬菜水果除了在部分细节上有差异，其供电的原理都是一样的，即电子从容易失去电子一极流向容易得到电子的一极，从而产生电流。能做电池的不只土豆，你也可以试试柠檬、鳄梨、香蕉等水果蔬菜，甚至苏打水也能做电池。 ^{[16]
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研究来源
Show Me How, <i>500 Things You Should Know</i>, p. 27, (2008), ISBN 978-1-74196-327-4}
以色列研究者发现，土豆煮熟后，产生的电量是生土豆的10倍。 ^{[17]
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研究来源}
你的土豆钟很可能是石英钟，其原理是在一个很小的石英晶体音叉上施加电流，音叉随着电流的频率振动，这样音叉就以振动的方式传输出一种电信号，石英钟的其他部分会记录下每次振动，并计算出相应的时间，然后通过钟面上的晶体将时间显示出来。 ^{[18]
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研究来源}
铜极上多余的电子能够防止铜极被腐蚀这一现象也是可以利用起来的。如果你想利用这种办法来防止铜被腐蚀，那么与其说你做了一个电池，不如说你进行了”阴极防蚀“的实验。一块廉价的活跃金属，如锌和镁，可以在自己被腐蚀的同时释放出电子，供给相对不活跃的贵重金属 ^{[19]
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研究来源} 。（由于水不如电池中的酸活跃，所以即使导体中没有任何电阻，活跃金属也不会马上被腐蚀掉。）如果想要用这种办法来保护大件的贵重金属，那么就可以通过发电机或供电线路对其施加外加直流电（当然这么做最好要用专业的机器，自己用水和家用电倒腾会非常危险）。 ^{[20]
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研究来源}

警告

做土豆钟的土豆不可以吃。
小孩做此项实验时要有人监督，因为钉子及电线都是危险物品，如使用不当会造成伤害。拆电池的时候也要有人在一旁看着。

你需要准备

2个干净的土豆，或者把1个大土豆切成两半。
2枚镀锌的钉子
2枚铜钉或2段铜丝
3根跨接线（两头要有夹子）
用电池供电的LCD钟（黑字灰屏的钟，有点像那种廉价的手表，这种钟一般只需1.5伏的电压）

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