كيف نحصل على إضاءة لمبة LED باستخدام الطاقة الكهربائية المستمدة من الشجرة؟

 

كيف نحصل على إضاءة لمبة LED باستخدام الطاقة الكهربائية المستمدة من الشجرة؟

 ما تصفه يبدو وكأنه "بطارية شجرة" أو شكل مختلف من تجربة كهربائية حيوية بسيطة حيث يقوم الناس بتسخير كميات صغيرة من الكهرباء من الأشجار أو النباتات لتشغيل الأجهزة منخفضة الطاقة، مثل لمبة الإضاءة LED. يشبه هذا المفهوم تجربة "بطارية البطاطس" الكلاسيكية ، حيث يؤدي التفاعل الكيميائي بين الأقطاب الكهربائية (عادةً الزنك والنحاس) والكهارل الموجودة في البطاطس إلى توليد تيار كهربائي صغير. وفي حالة الشجرة، فإنها تعمل على مبدأ مماثل ولكنها تستخدم إلكتروليتات الشجرة الطبيعية ومحتوى الماء لتوليد جهد كهربائي صغير.

كيف يعمل؟

تحتوي الأشجار والنباتات على الماء وأيونات مختلفة (مثل البوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم) التي يمكن أن تكون بمثابة إلكتروليتات. عن طريق إدخال معدنين مختلفين في الشجرة، تساعد الرطوبة والإلكتروليتات الموجودة داخل الشجرة في خلق تفاعل كهروكيميائي يولد جهدًا كهربائيًا صغيرًا بين القطبين الكهربائيين. تتضمن الخطوات الأساسية ما يلي:

• قطبان كهربائيان : تمامًا كما هو الحال في بطارية البطاطس، عادةً ما يكون القطبان الكهربائيان مصنوعين من معادن مختلفة، غالبًا ما تكون من النحاس والزنك .
• التفاعل الكهروكيميائي : عند إدخال القطبين الكهربائيين في الشجرة، فإن الاختلاف في تفاعل المعدنين يتسبب في تدفق الإلكترونات من معدن إلى آخر عبر رطوبة الشجرة، مما يولد تيارًا صغيرًا.
• مصباح LED منخفض الجهد : عادة ما تكون الكمية الصغيرة من الكهرباء المولدة كافية لتشغيل مصباح LED منخفض الطاقة، على الرغم من أن الضوء من المحتمل أن يكون خافتًا للغاية.

لماذا يعمل؟

المبدأ الكامن وراء هذه التجربة يكمن في الكيمياء الأساسية للبطاريات:

• الإلكتروليتات في الأشجار : يعمل محتوى الماء والنسغ في الشجرة، الذي يحمل العناصر الغذائية عبر أنسجتها، بمثابة إلكتروليت، تمامًا مثل الرقم الهيدروجيني الحمضي أو المتعادل للفواكه والخضروات في تجارب مماثلة.
• تدفق الإلكترونات : يؤدي الاختلاف في الإمكانات الكهربائية بين المعدنين (النحاس والزنك) إلى تدفق الإلكترونات، مما يؤدي إلى إنشاء تيار. عندما يتدفق هذا التيار عبر دائرة (مثل تلك التي تحتوي على مصباح LED)، فإنه ينتج طاقة كافية لإصدار ضوء، حتى لو كان مجرد توهج خافت.

القيود

• انخفاض إنتاج الطاقة : الطاقة المولدة من مثل هذه التجارب ضئيلة للغاية. في حين أنه يكفي إضاءة مصباح LED منخفض الطاقة، فإنه لا يكفي لتشغيل أي شيء أكثر أهمية.
• صحة الشجرة : عادةً ما يكون التأثير على الشجرة نفسها ضئيلًا في التجارب صغيرة النطاق، ولكن إدخال أقطاب كهربائية معدنية في جذع الشجرة بشكل متكرر أو على نطاق أوسع قد يؤدي إلى تلف الشجرة بمرور الوقت.
• الكفاءة : هذا الإعداد ليس مصدرًا فعالاً أو عمليًا للكهرباء. إنها تجربة تعليمية ممتعة لتوضيح المبادئ الأساسية للكهرباء.

أنواع الأشجار المستخدمة

على الرغم من أنه قد لا يتم ذكر الشجرة المحددة التي شاهدتها في الفيديو، إلا أن بعض الأشجار ذات المحتوى العالي من الرطوبة تكون أكثر ملاءمة لهذا النوع من التجارب. قد تعمل الأشجار ذات تدفق النسغ العالي أو التي تخزن كمية كبيرة من الماء، مثل خشب القيقب أو البتولا أو البلوط ، بشكل أفضل لأنها تحتوي على المزيد من الإلكتروليتات لتسهيل التفاعل الكهروكيميائي.

البحث العلمي والابتكارات

يقوم بعض الباحثين باستكشاف الطاقة النباتية على نطاق أوسع. وتتمثل الفكرة في تسخير الكميات الصغيرة من الطاقة الكهربائية الحيوية التي تولدها الأشجار والنباتات لتشغيل أجهزة الاستشعار أو أجهزة المراقبة البيئية الصغيرة في الغابات. ويمكن لهذه المجسات جمع البيانات حول البيئة دون الحاجة إلى البطاريات التقليدية أو الطاقة الشمسية.

على سبيل المثال:

• ويعمل مشروع يعرف باسم Plant-e في هولندا على تجميع الكهرباء من النباتات الحية وخلايا الوقود الميكروبية لإنتاج مصدر مستدام للطاقة. على الرغم من أنها لا تزال في مراحلها الأولى، إلا أنها تحمل وعدًا للتطبيقات منخفضة الطاقة مثل أجهزة الاستشعار.

خاتمة

تعتبر تجربة إضاءة لمبة LED باستخدام الطاقة الكهربائية المستمدة من شجرة طريقة إبداعية وتعليمية لتوضيح مبادئ التفاعلات الكهروكيميائية وتوليد الطاقة الطبيعية. ورغم أن كمية الطاقة المنتجة ضئيلة للغاية، فإنها تسلط الضوء على الإمكانات الرائعة للطاقة الحيوية ومصادر الطاقة البديلة، حتى لو لم تكن عملية للاستخدام على نطاق واسع بعد.