Citronbatteri, hur ska jag räkna?

Bara för att kontrollera att du har gjort rätt när du mätte ström och spänning med multimetern. Använde du dig av två multimetrar där den ena var kopplad i serie med citronen för att mäta strömmen och en annan multimeter paralellkopplad för att mäta spänningen? För om du har mätt spänning och ström var för sig kommer inte spänningsvärdet att stämma. Så fort du sluter en krets faller spänningen. Det är mycket möjligt att citronen levererar en spänning på 1v när krettsen inte är sluten men så fort krettsen slutes kommer spänningen att falla. Om du har mätt på korrekt sätt och fått 1v och 0,35A så behöver du fortsätta med att mäta effekten över tid d.v.s. Effekt * tid = energi. Du vill alltså beräkna arean under en kurva som inte är linjär (se bild)

Säg att du vill mäta hur mycket energi som "produceras" på 2h och att du tar mätvärden en gång varje sekund. Låt säga att effekten vid början av mätningen är 0.35W och att du använder dig av tidsintervallet 1 sek så får du multiplicera effekten med 1 sekund. Resultatet av detta blir att 0.35Ws (watt sekunder) har bildats. Du vet nu att du det har bildats 0.35Ws energi på 1 sekund, för att ta reda på hur mycket energi som bildas under 2h får du summera alla mätvärden du tagit under dessa 2h. 1 sekunds tidsintervall är dock inte så praktiskt om mätningen ska göras för hand, ett lämpligare tidsintervall kan då vara 30 sekunder eller 1 minut.

När du har summerat alla mätvärden då vet du hur mycket energi som produceras av en citron. För att sedan jämföra detta med ett mobilbatteri som har en viss mängd energi lagrat i sig får du hitta kvoten mellan energin lagrad i ett batteri och energin lagrad i en citron.

För att göra mätningen något enklare och noggrannare kan du använda dig av en arduino som med hjälp av några resistorer kan mäta spänning och ström över tid.

Det går väl inte att bara tänka "antal citroner" utan man måste veta elektrodernas area också för att kunna få fram energiinnehållet, antal citroner och elektrodmaterialet ger väl bara spänningen.
Nån som är duktig på elektrokemi kanske kan ge ett exakt svar på hur batteriet uppför sig men du måste dessutom veta hur mycket energi du behöver för att ladda batteriet, 3000mAh är inget mått på energin om du inte vet vilken spänning det handlar om, du bör räkna ut batterikapaciteten i Wh för att det ska bli enkelt användbart inom elläran och 1 Joule=1Ws så 3600 Joule är detsamma som en Wattimme.

Känns som du behöver läsa om grundregler i elektronik. Du kan inte serie koppla en multimeter för att mäta spänning, då sluter du kretsen. För att mäta spänningen måste du koppla multimetern parallellt över alla citroner. För att mäta strömmen så sätter du multimetern i serie med citroner.

Det är detta @SaltyLiquorice försökte förklara eller fråga. Hur mätte du spänningen? Rita upp en krets i paint eller liknande.

För att sedan veta hur många citroner du behöver för att ladda ett batteri på 3000mAh så behöver du som sagt veta hur hög spänning batteriet har samt mäta hur mycket en citron kan ge över hur lång tid

Du måste parallelkoppla voltmeter och seriekoppla en amperemeter. Enligt följande kopplingsschema.

Om du inte kopplar så här kommer du få felaktiga värden, det krävs helt enkelt två multimeterar för att kunna beräkna det du är ute efter.
Det är inget krav att du har ett motstånd i krettsen, men spänningen kommer sjunka till väldigt små värden medan strömmen ökar om du kopplar utan motstånd. Om du kopplar med ett motstånd så kommer det ta längre tid att "ladda" ur citronen men mätningen kommer troligen bli bättre.

Det är inte riktigt en integralberäkning du gör eftersom mellanrummet (tidsintervallet) inte går mot 0. Det går förmodligen att hitta någon funktion som stämmer hyffsat väl överens med mätverderna du har tagit. Dock är det bättre och enklare att använda sig av en summa. Om du tar mätvärden i intervall om 1 sekund så multiplicerar du eftekten för varje tidspunkt med 1 sek för att få reda på energin i Watt Sekunder. Om du sedan summerar alla mätvärden du har tagit så kommer du få en summa på ZZZ antal Ws. Precis som mrqaffe skrev innan så är 1 Ws = 1 Joule och 1 wh = 3600 joule. Om ett mobilbatteri exempelvis innehåller 10wh så är detta samma sak som 36000 joule. Då kan du dividera din summa med det konventionella batteriets energi för att reda ut hur många citroner som motsvarar ett mobilbatteri.

En perfekt voltmeter har en oändligt hög ingångsimpedans, och en perfekt amperemeter har en oändligt låg ingångsimpedans. Detta för att inte påverka mätobjektet.

Men en verklig multimeter är inte alls perfekt. Min Fluke 87V har till exempel 10 MOhm som ingångsimpedans vid spänningsmätning. Alltså går det lite ström genom mätinstrumentet när man kopplar in det, och den strömmen påverkar mätvärdena i kretsen.

Detta bör fungera, tänk bara på att du måste mäta över tid annars kommer du endast mäta effekt och inte energi.
Skulle rekommendera att du håller ett tidsintervall på 10 sek för att behålla en viss precision i mätningen. Det optimala vore om du använde utrustning som läser av spänning och ström flera gånger per sekund, men detta är overkill för att uppnå målet du vill nå. Om du har tillgång till en arduino kan du använda den för att mäta ström och spänning och logga datan i en csv fil.

/JJ

1k ohm resistor är på tok för högt. Det kommer ta en halv evighet att ladda ur citronen på det sättet. Enligt ohms lag bör strömmen som flödar i kretsen vara 1 miliampere. Skulle verkligen rekommendera att du skaffar en annan resistor finns att köpa billigt på nätet eller Kjell och company.

Fullt skalutslag är 3mA eftersom du valt svart område (likström) och 3mA, om du då går efter "svart 30 skalan" så står visaren nästan vid "5" dvs ca 0,5mA.

Du får vara tydlig med vad du menar, lägger till säger inte mycket om hur resistansen förändras (eller om den ens förändras)
Ett batteri ska du se som en spänningskälla och en resistor som är ihopkopplade och det innebär då enligt Ohms lag att spänningen ut från batteriet alltid sjunker om strömuttaget ökar, spänningen sjunker även när batteriet laddas ur för man påverkar de kemiska processerna tex att elektroderna förändras kemiskt så den aktiva ytarean ändras.
Ett batteri har alltså en inre resistans och ibland måste man räkna med den och ibland kan man bortse från den, det beror på vad man ska göra och hur exakt man ska räkna på kretsen men desto högre ström man ska driva i kretsen desto mer viktigt är det att ha koll på den, den kan tex bidra till att batterierna blir varma när det går hög ström.
Ekvivalent elschema på ett batteri och lite teori om det

http://www.g-holbeck.com/elteknik/indexri.htm

Ett batteri har en inre resistans så man kan se citronen (eller citronerna) som en spänningskälla med ett motstånd i serie. Ju högre ström som går genom batteriet ju högre ström går också genom den inre resistansen. Ohms lag U=R*I där U är spänning (Volt), R är motstånd (Ohm) och I är ström (Ampere). Man får alltså en spänning över det inre motståndet som beror på strömmen. Därför faller spanningen ju mer ström du tar ut.

Kortsluter du batteriet då har du 0V ut från batteriet och all spänning hamnar över den inre resistansen. Batteriet ladda då ur sig jättefort men man kan snabbt mäta strömmen man får ut när man kortsluter batteriet. Var det detta du gjorde med citronen i trådens början då du fick 0,35 A?

Om man mäter spänningen över batteriet (citronen) utan att sluta kretsen då går ingen ström genom den inre resistansen och du får batteriets obelastade spänning. Om den var 1,0 V så kan vi räkna ut den inre resistansen:

Ri = U0 / Is = 1,0 /0,35 = 2,9 Ohm

Den maximala uteffekten fås när lastmotståndet är samma som den inre resistansen så citronen kan då maximalt leverera den effekt som fås med en last på 2,9 Ohm. Den totala resistansen är då dubbelt så stor som den inre resistansen (2,9 + 2,9) Ohm = 5,8 Ohm vilket ger en ström på I= 1,0 / 5,8 = 0,17 A. Halva spänningen ligger över inre resistansen och halva på lasten. Vi har alltså 0,5 V ut och 0,17 A Vilket ger en effekt på P = U*I = 0,5*0,17 = 0,085 W.

En smartphoneladdare brukar väl ge åtminstone 1 A vid 5V vilket är 5W, ofta är de på 2A vilket då är 10 W. Du behöver alltså minst 12 citroner för att ge 1W. Så jag gissar på 60 citroner bara för att ge 5 W (räknat på 12 citroner per Watt och 5W). Man bör också ha en spänningsregulator som reglerar utspänningen till 5V (för ett USB-uttag). Så får man väl se hur länge citronerna kan leverera så att de kan ladda batteriet på telefonen. Men testa med en citron och lasta ganska hårt, säg 5 Ohm och plotta spänning över motståndet samt strömmen genom det över tiden så får du en kurva att utgå ifrån. Men bli inte förvånad om du kommer fram till att det behövs kanske 100 citroner...

Nu vet jag inte om det var kortslutningsström 0,35A och 1,0 V öppen spänning du fick från en citron men nu har du en metod att göra en grov uppskatning. Den inre resistansen ökar när batteriet laddas ur och den är också beroende av hur mycket ström man lastar med så det blir en ganska grov gissning.

Edit: Fixade lite räknefel. Man behöver en spänningsregulator också men fokusera på effekt och hur länge den kan levereras i första skedet.

Ja spänningen påverkas eftersom batterier inte är en perfekt spänningskälla utan har en inre resistans enligt inläggen/resonemangen ovan,

Ser att du har gjort en miss med decimalerna. Start effekten på 0.7W stämmer inte eftersom jag tror du har missat att det är milliampere du har multiplicerat med spänningen. Därför är ditt svar felaktigt det du behöver göra är att multiplicera allt med 1/1000 del så kommer du få rätt svar. 9.8Wh är för övrigt inte realistiskt då ett kommersiellt AA batteri endast ger ungefär 1/3 av kapaciteten. För övrigt ser kurvan rimlig ut då den avtar på ett sätt som ett batteri brukar göra. Inga batterier når 0 V när de är urladdade, det är därför helt normalt att du ser att spänningen "stannar" av efter ett tag medan strömmen går mot 0 A. Uppdatera mätningen med korrekt enhet och se om du har kommit i närheten mot vad andra som har gjort samma eller liknande experiment har fått.