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2011년도 창의적 산출물 발표대회
과 학
연구주제
Mentee
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연구자
2학년
| 이석환
볼타전지의 구성요소에 따른 전류의 크기 탐구
연구동기
Mentee
볼타전지는 아연∙구리 판, 용액으로는 묽은 황산을 쓴다. 그래서 금속판과
용액을 바꿔서 하면 어떨까 싶어서 볼타전지의 구성요소를 바꾸면 어떠한
변화가 있을지 실험을 해보기로 하였다.
가설설정
Mentee
가. 용액이 강산일수록 전류의 크기가 커질 것이다.
나. 두 금속의 이온화 경향의 차가 클수록 전류의 크기가 클 것이다.
다. 두 금속의 이온화 경향의 차가 클수록 분극작용이 크게 나타날 것이다.
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2011년도 창의적 산출물 발표대회
이론적
Mentee 배경
1. 볼타전지란1800년 볼타는 전퇴를 발표했다. 이것은 두 금속, 이를
테면 은판과 아연판 사이에 소금물이나 알칼리 용액으로 적신 천 조각
을 끼운 것을 여러 쌍 겹쳐 쌓은 것이었다. 이 전퇴의 원리를 이용해서
묽은 황산 속에 구리와 아연을 담근 것을 볼타전지라고 한다.
2. 이온화 경향 : 원자 또는 분자가 이온이 되려고 하는 경향이다.
K > Ca > Na > Mg > Zn > Fe > Co > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag >
Au
3. 산화·환원 반응이란 물질간의 전자 이동으로 산화와 환원반응이 동
시에 일어나서 전자를 잃은 쪽은 산화수가 증가되고 산화되며, 전자를
얻은 쪽은 산화수가 줄어 들고 환원된다. 이 때 잃은 전자수와 얻은 전
자 수는 항상 같다.
4. 분극현상이란 볼타전지에서 전류가 흐르면 (+)극에서 수소 기체가
발생하고, 이 수소 기체가 환원 반응이 일어나는 것을 막아 전류의 흐
름을 방해해 전압이 떨어지는 현상이다.
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2011년도 창의적 산출물 발표대회
연구
준비물
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식초(pH 3), 토마토주스(pH4), 커피(pH5), 증류수(pH7), 암모니아수
(pH11), 세제(pH14)3 * 3 크기의 금속판(알루미늄, 아연, 철, 니켈, 납,
구리), 스포이트, 카메라, 스톱워치, 비커(200㎖), 전류계, 전선, 필기도
구등
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연구방법
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가. 용액의 pH에 따른 전류의 크기 실험
1.
2.
3.
4.
5.
금속판은 아연판과 구리판으로 하고 비커에 용액을 100㎖넣는다.
두 금속판을 전류계에 연결하고 전류를 측정한다.
전류를 측정했으면 기록한다.
다른 용액들도 위와 같은 방법으로 실험한다.
기록한 것을 바탕으로 표를 만들고 pH와 전류의 관계를 확인한다.
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2011년도 창의적 산출물 발표대회
연구방법
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나. 두 금속의 이온화 경향의 차에 따른 전류의 세기 실험
1. 용액은 묽은 황산을 쓴다.(묽은 황산은 95%황산 5㎖와 물 100㎖에
희석했다.)
2. 금속판 구리·납, 구리·니켈, 구리·철, 구리·아연, 구리·알루미늄으로
짝을 지어 전류의 세기를 측정한다.
3. 측정한 전류의 세기를 기록한다.
4. 위 결과를 표로 만들고 이온화 경향의 차와 전류의 세기의 관계를
확인한다.
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2011년도 창의적 산출물 발표대회
연구방법
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다. 두 금속의 이온화 경향의 차에 따른 분극현상 실험
1. 금속판 구리·납, 구리·니켈, 구리·철, 구리·아연, 구리·알루미늄 순서대
로 실험한다.
2. 두 금속판을 묽은 황산에 넣고 전류의 세기를 10초마다 전류의 세기를
관찰한다.
3. 관찰한 결과를 표로 기록한다.
4. 떨어진 전류의 평균을 구하고 두 금속의 이온화 경향의 차에 따라 분
극현상이 크게 나타나는지 확인한다.
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2011년도 창의적 산출물 발표대회
연구결과
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가설 가
용액의 pH에 따라 전류의 세기가 일정한 비율로 바뀔 것이다.
식초
(pH3)
토마토주스
(pH4)
커피
(pH5)
증류수
(pH7)
암모니아수
(pH11)
세제
(pH14)
0.721㎃
0.498㎃
0.104㎃
0.031㎃
1.533㎃
1.813㎃
실험 결과 : 강산성일수록, 약염기일수록 전류의 크기가 커졌지만 볼타전
지에 염기성인 액체를 쓰면 불규칙적이게 나왔다.
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2011년도 창의적 산출물 발표대회
연구결과
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가설 나
이온화 경향의 차에 따른 전류량 탐구하기
구리 · 납
구리 ·니켈
구리 ·철
구리 ·아연
구리 ·알루미
늄
0.244㎃
0.316㎃
0.389㎃
60㎃
60㎃
실험 결과 : 이온화 경향의 차가 클수록 전류의 크기가 세졌다. 하지만
구리 · 아연과 구리 · 알루미늄에서는 측정도구가 1㎃와 0.01A단위로만
측정가능하기 때문 에 전류의 크기가 같게 나왔다. 하지만 구리 · 알루미
늄의 전류량이 더 클 것이라고 생각한다.
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연구결과
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가설 다
이온화 경향의 차에 따른 분극현상 탐구하기
판/시간
10초
20초
30초
40초
50초
60초
구리 ·아
연
1000
㎃
950
㎃
930
㎃
910
㎃
900
㎃
890
㎃
구리·철
0.778
㎃
0.692
㎃
0.577
㎃
0.534
㎃
0.516
㎃
0.496
㎃
구리·니켈
0.369
㎃
0.242
㎃
0.206
㎃
0.168
㎃
0.152
㎃
0.139
㎃
구리·납
0.281
㎃
0.258
㎃
0.238
㎃
0.222
㎃
0.209
㎃
0.199
㎃
실험 결과 : 이온화 경향의 차가 클수록 분극현상이 커졌다. 그리고 구리,
아연은 측정 기구가 0.01A 단위로 하는 전류계로 측정하여서 약간의 오
차는 있겠지만 분극현상은 확실하게 다른 금속들보다 컸다.
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연구결론
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가. 내 가설과는 다르게 강산성일수록, 약염기일수록 전류의 크기가 더
커졌다. 하지만 염기성에서는 볼타전지의 전류가 불규칙적 이였다. 그
이유는 아마 볼타전지는 -극에서 아연이 Zn2+로 산화되어 전자를 내놓
고 +극인 구리에서는 용액속 H+가 전자를 받아 H2 즉, 수소이온이 되는
데 염기성에는 용액속 H+의 수가 별로 없기 때문일 것이라고 생각한다.
반대로 강산성일수록 용액속의 H+의 수가 많아서 전류의 크기가 강산성
일수록 더 커지는 결과가 나왔다고 생각한다.
나. 내 가설과 같이 이온화 경향의 차가 클수록 전류의 크기 또한 커졌고,
반대로 이온화 경향의 차가 작을수록 전류의 크기가 작아졌다. 그 이유
는 이온화 경향이 큰 원소가 그보다 이온화 경향이 작은 원소의 이온과
만나면, 이온화 경향이 큰 원소가 산화되고 이온이었던 원소는 환원되는
성질 때문이다. 그러므로 이온화 경향에 따라 전류의 크기가 바뀌는 것
같다.
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연구결론
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다. 이온화 경향의 차가 클수록 분극현상이 크게 일어났다. 그 이유는 이
온화 경향의 차가 크면 클수록 그만큼 수소 기체가 많이 발생하는데 그
수소기체가 전류의 이동을 막기 때문에 그런 것이라고 생각한다.
참고문헌
Mentee
http://100.naver.com/100.nhn?docid=77340
http://100.naver.com/search.nhn?query_euckr=&dic_where=10
0&mode=all&query=%C0%CC%BF%C2%C8%AD%B0%E6%C7%E2
http://100.naver.com/100.nhn?docid=731759
http://100.naver.com/100.nhn?docid=780648
‘볼타가 들려주는 화학전지 이야기’ 책
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