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마그네슘 전지 목록

조회 : 12626 | 2009-12-07

[ 실험개요 ]
서로 다른 금속의 반응성을 이용하여 전지를 만들 수 있다는 것을 알아보려고 합니다. 여기에서는 마그네슘과 구리를 이용하여 전지를 만들어 보고 이 전지의 전류를 이용하는 몇 가지 실험을 해 보려고 합니다. 아울러 이 활동을 통하여 전지가 구성되는 기본적인 원리를 알 수 있습니다.



[ 실험재료 ]
마그네슘 리본, 구리테이프, 티슈, 스포이트, 소금물, 간이시계장치





[ 실험과정 ]
1. 마그네슘 리본을 티슈로 감싸고 3cm간격으로 두번 접는다.
2. 구리테이프로 감싸면 마그네슘-구리 전지가 완성된다.
(이때 구리테이프를 너무 꽉 누르면 마그네슘 리본의 중간에서
끊어질 수 있으므로 유의한다)
3. 같은 방법으로 3개의 마그네슘-구리 전지를 만든다.
4. 스포이트로 소금물을 티슈에 골고루 뿌려준다.
5. 마그네슘-구리 전지 1개를 전압센서에 연결하여 전압을 측정해 보자.
(이때 마그네슘 부분을 (-)극에, 구리부분을 (+)극에 연결한다)
6. 이번에는 3개의 마그네슘-구리 전지를 직렬로 연결하여 전압의 변화를 확인해 보자.
7. 마그네슘-구리 전지로 간이 시계장치를 작동해 보자.











[ 실험원리 ]
전지는 전해질과 이온화 경향이 서로 다른 두 금속으로 구성된다. 이때 산화와 환원이라는 원리가 적용되는데 산화란 전자를 잃어버리고 양이온이 되는 것을 말하고 환원은 음이온이 전자를 받아 중성원자로 되는 것을 말한다.

따라서 반응성이 큰 마그네슘에서 전자가 나와서 전압이 발생되고 구리 쪽으로 이동하게 되는 것이다.

모든 전지는 이렇듯 산화와 환원이 일어나는데 (-)극에서 전자가 나와 (+)극으로 이동하게 된다.
그리고 전지를 이루는 두 금속의 이온화 경향의 차이가 클수록 전류는 더 세게 흐른다.

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[더 알아보기 ]
* 화학전지란?
화학전지란 전자의 이동이 자발적으로 일어나는 반응을 이용하여 만든 전지를 말한다. 전지는 이러한 전자를 적절한 장치를 꾸며 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어 주는 장치이다.

(1) 전지의 원리
① 전지는 전해질과 이온화 경향(전자를 버리는 정도)이 다른 두 금속으로 구성된다.
② (-)극에는 이온화 경향이 큰 금속 / (+)극에는 이온화 경향이 작은 금속이다.
③ 전지를 이루는 두 금속의 이온화 경향의 차이가 클수록 전류는 세게 흐른다.
④ 전자는 (-)극에는 (+)극으로 이동하고, 전류는 (+)극에서 (-)극으로 이동한다.

(2) 전구에 불이 들어오는 원리
여기서는 산화와 환원이라는 원리가 적용되는데 산화란 전자를 잃어버리고 양이온이 되는 것을 말하여, 환원은 음이온이 전자를 받아 중성원자로 되는 것을 말한다. 따라서 반응성이 큰 마그네슘(Mg)에서 전자가 나와서 도선을 타고 이동하여 3색 LED 전구에 불이 들어오게 한 후 구리(Cu)쪽으로 이동하게 된다. 이렇듯 모든 전지는 반드시 산화와 환원이 일어나며 (-)극에서 전자가 나와 (+)극으로 이동하게 됩니다.




(3) 전지의 발명
1786년 이탈리아의 갈바니는 그의 부인 및 조수와 함께 실험실에서 죽은 개구리에 해부용 메스를 대니, 죽은 개구리 다리가 갑자기 움직이는 것을 관찰하였다. 그는 이러한 현상의 원인을 밝히기 위하여 번개가 치는 날 개구리 다리를 집 밖의 철망에 황동제 고리로 고정시킨 후, 긴 선을 이용하여 지면에 연결하였다. 그리고 예상대로 번개가 칠 때 개구리 다리에 경련이 일어나는 현상을 관찰하였다. 그런데 그는 날씨가 화창한 날에도 황동제 고리가 장치된 개구리 다리를 철망에 대고 눌러 보았더니, 번개가 칠 때와 마찬가지로 경련을 일으키는 것을 관찰하였다.
그는 이러한 현상을 죽은 동물의 체내에서 전기가 생기는 것으로 결론짓고, 이러한 전기를 동물전기라고 명명하였다. 그로부터 2년 후 파비아 대학의 볼타는 개구리 다리의 근육에 경련이 일어난 것은 서로 다른 금속이 축축한 물질로 연결되어 전기가 흘렀기 때문이며, 전류의 세기는 두 금속의 종류에 따라 달라진다는 사실을 발견하였다. 1800년 볼타는 아연판과 은판 사이에 축축한 헝겊을 끼워 최초로 화학전지를 만들었다.





[ 활용의 예시 ]

- 중학교 2학년 과학 “전기” 단원 / 전류
- 중학교 3학년 과학 “전류의 작용” 단원
- 고등학교 1학년 과학 “물질” 단원 / 전해질과 이온
- 고등학교 화학Ⅱ “산화ㆍ환원반응” 단원 / 화학전지

|실험| 숭문고등학교 배준우 선생님




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