Содержание
І. Введение
«Необычные источники энергии»...................................................................3
II. Основная часть
2.1. История создания батарейки............................................................................4-5
2.2. Устройство батарейки …..………………………………….............................6
IІІ. Практическая часть
3.1 Эксперимент……………………………………………………………….…7-9
3.2
Результаты использования фруктов и овощей для получения электричества....10
ІV. Выводы ...............................................................................................................11
V. Использованная литература.............................................................................12
Абстракт
В настоящее время хозяйственная деятельность человека всё чаще становится основным источником загрязнения биосферы. Мы и не подозреваем, к чему приводит наше легкомысленное отношение к правилам утилизации. Природа не в силах «переварить»весь мусор. Так как проблема утилизации отходов является глобальной и имеет много аспектов, в данной работе решили ограничиться только одним, а именно утилизацией батареек и использованием фруктов и овощей в качестве экологически чистых источников электроэнергии.
Цель работы:
Самостоятельно изготовить экологически чистые источники постоянного электрического тока в бытовых условиях из овощей и фруктов.
Задачи работы:
Изучить информацию о существующих источниках электроэнергии.
Сконструировать экологически чистые источника тока, используя потенциал овощей и фруктов.
Выявить экспериментальным путем зависимость силы тока и напряжения от физических и аграрных характеристик.
Методы исследования:
Экспериментальный метод;
Метод наблюдения;
Метод обработки результатов;
Метод сравнения.
Место исследования:
Лаборатория средней школы Достык, кабинет физики
Гипотеза:
Из фруктов и овощей можно сделать батарейку и использовать в качестве экологически чистых источников электроэнергии.
І. Введение
«Необычные источники энергии»
Моя работа посвящена необычным источникам энергии.
В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами .
Недавно израильские ученые изобрели новый источник экологически чистого электричества. В качестве источника энергии необычной батарейки исследователи предложили использовать вареный картофель, так как мощность устройства в этом случае по сравнению с сырым картофелем увеличится в 10 раз. Такие необычные батареи способны работать несколько дней и даже недель, а вырабатываемое ими электричество в 5-50 раз дешевле получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, вшестеро экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения .
Индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек .
И тогда я решил проверить, а действительно ли овощи и фрукты являются источниками тока.
II. Основная часть
2.1. История создания батарейки
Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью изысканий Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани дал неверное.
Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого - Алессандро Вольта. Он сформулировал главную идею изобретения. Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта создал нехитрое устройство. Оно состояло из цинковой и медной пластин погруженных в емкость с соляным раствором. В результате цинковая пластина (катод) начинала растворяться, а на медной стали (аноде) появлялись пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток. Несколько позже ученый собрал целую батарею из последовательно соединенных элементов, благодаря чему удалось существенно увеличить выходное напряжение.
Именно это устройство стало первым в мире элементом питания и прародителем современных батарей. А батарейки в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами.
Всего через год после этого, в 1803 году, русский физик Василий Петров для демонстрации электрической дуги собрал самую мощную химическую батарею, состоящую из 4200 медных и цинковых электродов. Выходное напряжение этого монстра достигало 2500 вольт. Впрочем, ничего принципиально нового в этом «вольтовом столбе» не было.
В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля».
В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.
Начало промышленного производства первичных химических источников тока было заложено в 1865 г. французом Ж. Л. Лекланше, предложившим марганцево-цинковый элемент с солевым электролитом.
В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia». Самый долгоживущий гальванический элемент - серно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 г.
До 1940 г. марганцево-цинковый солевой элемент был практически единственным используемым химическим источником тока.
Несмотря на появление в дальнейшем других первичных источников тока с более высокими характеристиками, марганцево-цинковый солевой элемент используется в очень широких масштабах, в значительной мере благодаря его относительно невысокой цене.
В современных химических источниках тока используются:
в качестве восстановителя (на аноде) — свинец Pb, кадмий Cd, цинк Zn и другие металлы;
в качестве окислителя (на катоде) — оксид свинца(IV) PbO2, гидроксооксид никеля NiOOH, оксид марганца(IV) MnO2 и другие;
в качестве электролита — растворы щелочей, кислот или солей.
2.2. Устройство батарейки
Современные гальванические элементы внешне имеют мало общего с устройством, созданным Алессандро Вольта, однако базовый принцип остался неизменным. Батарейки производят и сохраняют электричество. Внутри сухого элемента, питающего прибор, есть три главные части. Это отрицательный электрод (-), положительный электрод (+) и находящийся между ними электролит, представляющий собой смесь химических веществ. Химические реакции заставляют электроны течь от отрицательного электрода через прибор, а затем назад, к положительному электроду. Благодаря этому прибор и работает. По мере того как химикалии расходуются, батарейка садится.
Корпус батарейки, который делают из цинка, снаружи может быть покрыт картоном или пластиком. Внутри корпуса находятся химикалии в виде пасты, а у некоторых батареек посредине есть угольный стержень. Если мощность батарейки падает, это значит, что химикалии израсходованы и батарейка больше не в состоянии производить электричество.
Перезарядка таких батарей невозможна или очень нерациональна (к примеру, для зарядки некоторых типов батарей придется потратить в десятки раз больше энергии, чем они могут сохранить, а другие виды могут накопить только малую часть своего первоначального заряда). После этого батарею останется только выкинуть в мусорный ящик
Большинство современных аккумуляторных батарей были разработаны уже в 20-ом веке в лабораториях крупных компаний или университетов.
IІІ. Практическая часть
3.1 Эксперимент
Ученые утверждают, что если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи лимонов. Ведь в любом фрукте и овоще есть электричество, поскольку они заряжают нас, людей, энергией при их употреблении.
Но мы не привыкли верить всем на слово, поэтому решили проверить это на опыте. Итак, для создания «вкусной» батарейки мы взяли:
лимон, яблоко, луковицу, картофелину сырую и вареную;
несколько монет– это будет наш положительный полюс;
Несколько шурупов – для создания отрицательного полюса;
провода, зажимы;
милливольтметры, вольтметры
амперметры.
лампочку на подставке, рассчитанную на напряжение 2,5 В и силу тока 0,16А.
Большинство фруктов содержит в своем составе слабые растворы кислот. Именно поэтому их можно легко превратить в простейший гальванический элемент. Прежде всего, мы подготовили монеты и шурупы . А теперь достаточно их вставить в овощ или фрукт и получается «батарейка». Электроды располагали на одинаковом расстоянии друг от друга.
Результаты эксперимента мы занесли в таблицу.
Вывод: напряжение между электродами приблизительно одинаковое. А величина силы тока, вероятно, связана с кислотностью продукта. Чем больше кислотность, тем больше сила тока. Если использовать не сырую, а вареную картошку, то мощность устройства увеличится в 4 раза.
Мы решили исследовать, как зависят напряжение и сила тока от расстояния между электродами. Для этого взяли вареную картофелину, изменяли расстояние между анодом и катодом и измеряли напряжение и силу тока на батарейке. Результаты эксперимента занесли в таблицу.
Вывод: напряжение между электродами и сила тока растут с увеличением расстояния между ними. Ток короткого замыкания мал, т.к. внутреннее сопротивление картофеля велико.
Далее мы решили составить батарею из двух, трех, четырех картофелин и лимонов.Предварительно увеличив расстояние между электродами до максимума, последовательно включили картофелины и лимоны в цепь. Результаты эксперимента занесли в таблицу.
Вывод: напряжение на зажимах батареи растет, а ток уменьшается. Ток слишком мал, для того чтобы загорелась лампочка. Поэтому мы планируем в дальнейшем выяснить, какими способами можно увеличить силу тока в цепи и заставить лампочку светиться.
Наблюдали за нашими «вкусными» батарейками мы в течение некоторого времени. Результаты измеренного напряжения на батарейках занесли в таблицу:
Вывод: постепенно напряжение на всех «вкусных» батарейках уменьшается. До сих пор еще есть напряжение на яблоке, луке и вареном картофеле.
Вытаскивая монету и шуруп из овощей и фруктов, мы обратили внимание на то, что они сильно окислились. Это значит, что кислота вступала в реакцию с ними. За счет этой химической реакции и протекал очень слабый электрический ток.
3.2 Результаты использования фруктов и овощей для получения электричества
[pic] Проделав данные эксперименты, выявил следующие зависимости:
[pic] [pic] [pic]
Из использованных фруктов и овощей, лучшими источниками электрического тока являются лимон и вареный картофель;
[pic] Чем больше фрукт или овощ, тем больше напряжение создается между полюсами источника тока;
Чем больше поверхность контакта медной монеты и шурупа с фруктом или овощем, тем больше напряжение;
Для более мощной батарейки, надо больше овощей и фруктов.
Если немного помять фрукт или овощ, включенный в цепь, то напряжение в цепи будет немного больше;
С течением времени у овощей напряжение, и сила тока убывает быстрее, чем у фруктов;
Сравнивая результаты исследований, выявил, что наиболее эффективным по своим электрическим характеристикам, является лимон, но учитывая, что лимоны не растут в Казахстане, воспользовался местными дарами природы и выбрал картофель, в качестве источника постоянного тока.
ІV. Выводы
Проанализировав исследования, можно сделать выводы:
Используя природный потенциал свежих фруктов и овощей, можно создать экологически чистую батарейку.
Полученные источники тока можно использовать для приборов с низким потреблением энергии.
Проведенные мною в этой работе исследования радикально изменили мою точку зрения на школьные акции, научные открытия, наверное, на всю мою жизнь. Я реально увидел, что школьники могут вносить свой вклад в дело охраны природы.
В ходе исследовательской работы мы:
Познакомились с устройством батарейки и его изобретателями.
Узнали, какие процессы протекают внутри батарейки.
Изготовили овощные и фруктовые батарейки.
Научились определять напряжение внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею.
Заметили, что напряжение между электродами и сила тока растут с увеличением расстояния между ними. Ток короткого замыкания мал, т.к. внутреннее сопротивление батарейки велико.
Обнаружили, что напряжение на зажимах батареи составленной из нескольких овощей растет, а ток уменьшается. Ток слишком мал, для того чтобы загорелась лампочка.
В собранной цепи лампочку зажечь не смогли, т.к. ток мал.
ІV. Использованная литература:
1 Энциклопедический словарь юного физика. -М.: Педагогика, 1991г
2 О. Ф. Кабардин. Справочные материалы по физике.-М.: Просвещение 1985.
3 Энциклопедический словарь юного техника. -М.: Педагогика, 1980г.
4 Журнал «Наука и жизнь», №10 2004г.
5 А. К. Кикоин, И.К. Кикоин. Электродинамика.-М.: Наука 1976.
6 Кирилова И. Г. Книга для чтения по физике.- Москва: Просвещение 1986.
7 Журнал «Наука и жизнь», №11 2005г.
8 Н.В.Гулиа. Удивительная физика.-Москва: «ИздательствоНЦ ЭНАС» 2005
Интернет- ресурс.
12
