Творческая энергия - главная альтернативная энергия планеты!
The creative enerdgy - is the main alternative energy of the planet!

от организаторов

Главная » Статьи » ЭкоWatt_Теоретический проект

Проект "Вкусные батарейки"

Выполнила ученица 6 в класса

Автор
Новожилова Елена
Руководитель проекта
Стенина Надежда Владимировна

 

Введение

Я заинтересовалась возможностью получения электричества из подручных средств, когда читала книгу Жюля Верна «Таинственный остров». С давних времен люди знали об электричестве как о мощной силе. Но современный человек не может представить себе жизнь без электричества. А что делать, если волею судьбы окажешься далеко от цивилизации?

Многие физики изучали электричество. Например, Алесандро Вольта, Роберт Милликен,  Андре Мари Ампер и др.

Но меня заинтересовала работа Лейдена, изучавшего гальванические элементы, созданные из природных тел: лимона, картошки, соленого огурца и различных кислот и щелочей.   

Так, целью моей работы стало исследовать возможности использования фруктов и овощей в качестве химических источников электрического тока.

Для достижения поставленной цели мне предстояло решить ряд задач:

  • познакомиться с устройством батарейки и его изобретателями;
  • определить фрукт или овощ, дающий максимальное значение напряжения и электрического тока;
  • проверить «фруктовые батарейки» на возможность использования для питания электроприборов.

Гипотеза: овощи и фрукты могут быть химическим источником электроэнергии, так как в них содержатся соли и кислоты.

Объект исследования: фрукты и овощи

Предмет исследования: возможность получения электрического тока

Методы исследования: эксперимент, наблюдение, сравнение

Практическое значение исследования: применение в чрезвычайных ситуациях «фруктовых» источников тока   для питания электроприборов малой мощности.

 

 

Глава 1. Источники тока

 

  1. Гальванические источника электрического тока

История создания простой батарейки уходит своими корнями в XVIII в., и, как ни странно, толчок к созданию этого источника тока был дан не физиком, а биологом. В конце 1780 г. профессор анатомии в Болонье Л.Гальвани занимался в своей лаборатории изучением нервной системы препарированных лягушек. Совершенно случайно получилось так, что в той комнате работал и его приятель – физик, проводивший опыт с электричеством. Одну из препарированных лягушек Гальвани положил на стол, на котором стояла электрическая машина. В это время в комнату вошла жена Гальвани. Её взору предстала жуткая картина: при искрах в электрической машине лапки мёртвой лягушки, прикасавшиеся к железному предмету, дёргались. Она с ужасом указала на это мужу.

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 пластине (аноде) стали 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. Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения.

 Именно это устройство стало первым в мире элементом питания и прародителем современных батарей. А батарейки в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами. [6]

Сегодня источники тока играют очень важную роль в окружающем нас мире. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Несмотря на большие различия в конструкции и назначении, химические источники тока работают по схожему принципу.

Рис. 1. Схема гальванического элемента

 

Главные составные части гальванических элементов: два электрода и электролит. В простейшем случае гальванический элемент состоит из двух пластин или стержней, изготовленных из различных металлов, погруженных в раствор электролита (рис. 1). При работе элемента, анод окисляется: на поверхности его соприкосновения с раствором его атомы превращаются в ионы и переходят в раствор. Высвобождающиеся при этом электроны движутся по внешней цепи к положительно заряженному катоду. В растворе наблюдается направленное движение ионов. [4]

1.2.         Электричество внутри живых организмов

Об электричестве знали еще древние греки. Если взять янтарь и натереть шерстяной тканью, то создается заряд статического электричества. Янтарь они называли «электрон». Знали древние греки и о рыбе, которая заставляла цепенеть животных и людей и остерегались встречаться с ней в воде. Эта рыба была электрическим скатом и носила название торпеда.

Существуют также слабоэлектрические рыбы. Они не имеют каких-либо электрических органов. Это обыкновенные рыбы: караси, карпы, пескари и др. Они чувствуют электрическое поле и излучают слабый электрический сигнал. Сначала биологи обнаружили странное поведение небольшой пресноводной рыбки – американского сомика. Он чувствовал приближение к нему металлической палочки в воде на расстоянии нескольких миллиметров. Действительно, оказалось, что рыбы имеют специальные органы, которые воспринимают слабую напряженность электрического поля.

Рыбы, как оказалось, не только плавающие "гальванометры", но и плавающие "электрогенераторы". Они излучают в воду электрический ток и создают вокруг себя электрическое поле, значительно большее по силе, чем возникающее вокруг обычных живых клеток. С помощью электрических сигналов рыбы могут даже особым образом "переговариваться". Угри, например, при виде пищи начинают генерировать импульсы тока определенной частоты, привлекая тем самым своих собратьев. А если двух рыб поместить в один аквариум, частота их электрических разрядов сразу же увеличивается. Рыбы-соперники определяют силу своего противника по силе излучаемых им сигналов. [5]

Способность рыб аккумулировать электрическую энергию, делает их идеальными аккумуляторами. Если бы удалось подробнее разобраться с деталями их работы, произошел бы переворот в технике, в плане создания аккумуляторов. Но природу этого явления человек разгадать до сих пор не может.

Растения тоже могли бы генерировать энергию. Процесс фотосинтеза, протекающий в клетке растения, является одним из главных процессов. В ходе него происходит не только разделение молекул воды на кислород и водород, но и сам водород в какой-то момент оказывается разделенным на составные части — отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ядра... Так что, если в этот момент ученым удастся «растащить» положительно и отрицательно заряженные частицы в разные стороны, то, по идее, можно получить замечательный живой генератор, топливом для которого служили бы вода и солнечный свет, а кроме энергии, он бы еще производил и чистый кислород. [2] Возможно, в будущем такой генератор и будет создан.

А так как фрукты и овощи состоят из различных минеральных веществ, их сок является электролитом, а значит они и сейчас могут стать природными источниками тока. Возможность получить экологически чистое электричество вдохновляет ученых.

 Так, израильские ученые предложили в качестве источника энергии 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.

А 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. [3]

Нас тоже вдохновила эта идея и мы решили проверить возможность использования фруктов и овощей для получения электроэнергии на практике.

 

Глава 2. Вкусные батарейки

2.1. Изготовление гальванических элементов из овощей и фруктов.

Итак, фрукты и овощи содержат в себе слабые растворы кислот. Их можно разделить на изначально содержащие (яблоко, лимон, картофель) и приобретшие кислотный баланс в процессе окисления (соленый огурец и маринованный помидор).  Наличие кислот можно использовать для получения электричества. Проведем эксперимент.

Цель: Исследование изменения напряжения при использовании различных фруктов и овощей и различных электродов.

Оборудование:

  • лимон, морковь, яблоко, кабачок, сырой картофель и соленый огурец;
  • медные, алюминиевые, цинковые пластины;
  • провода,  зажимы;
  • мультиметр;

Ход эксперимента. Берем фрукт или овощ и на расстоянии друг от друга вставляем металлические пластинки. С помощью мультиметра замеряем напряжение. [1] Результаты эксперимента представим в таблицах.

Таблица 1. Напряжение на клеммах при использовании электродов из одного и того же металла.            

№ п/п

 

Медь

Алюминий

Цинк

 

 

U, мВ

U, мВ

U, мВ

  1.  

Лимон

32

28

80

  1.  

Морковь

27

26

51

  1.  

Кабачок

74

1

69

  1.  

Яблоко

24,9

21

48

  1.  

Картофель

23

22

45

  1.  

Соленый огурец

65

47

40

 

 

 

Таблица 2. Напряжение на клеммах при использовании электродов из различных металлов.

               № п/п

 

Медь - алюминий

Алюминий –

цинк

Медь -цинк

 

 

U, В

U, В

U, В

1.

Лимон

0,57

0,48

0,92

2.

Морковь

0,42

0,39

0,84

3.

Кабачок

0,22

0,34

0,97

4.

Яблоко

0,46

0,41

0,88

5.

Картофель

0,43

0,24

0,55

6.

Соленый огурец

0,59

0,54

0,87

 

Таблица 3. Зависимость напряжение на клеммах от расстояния между электродами.

№ п/п

 

Медь-цинк

2 см

4 см

 

 

U, В

U, В

1.

Лимон

0,92

0,91

2.

Морковь

0,84

0,82

3.

Кабачок

0,97

0,96

4.

Яблоко

0,88

0,61

5.

Картофель

0,55

0,54

6.

Соленый огурец

0,87

0,86

 

Таблица 4. Напряжение при последовательном соединении нескольких элементов.

№ п/п

 

Медь-цинк

1 шт

2 шт

 

 

U, В

U, В

1.

Лимон

0,92

1,76

2.

Морковь

0,84

1,54

3.

Кабачок

0,97

1,9

5.

Яблоко

0,88

1,31

6.

Картофель

0,55

0,97

7.

Соленый огурец

0,87

1,65

 

В результате эксперимента, мы можем сделать следующие выводы.

  1. Напряжение на клеммах из одинаковых электродов очень мало.
  2. Максимальное напряжение наблюдается на клеммах медно-цинковой пары.
  3. Напряжение связано с кислотностью продукта: чем больше кислотность, тем больше напряжение. Однако максимальное напряжение в медно-цинковой паре даёт кабачок, хотя у лимона более кислая среда. Возможно, это связано с тем, что что под кожурой кабачок однороден, а лимон имеет мякоть с перегородками, которые являются диэлектриками.
  4. Значение напряжения не зависит от расстояния между пластинами.
  5. Напряжение при последовательном соединении нескольких фруктов или овощей растет, но его значение не равно суммарному напряжению каждого элемента, а немного ниже суммы.

2.2. Оценка практического применения электрических свойств овощей

В ходе измерений мы попытались оценить возможность практического применения электрических свойств овощей. В частности, мы попытались зажечь светодиод от огурца и лимона, но вследствие малой их ёмкости лампа не зажигалась. Таким образом, «фруктовые» батарейки могут быть использованы для питания только маломощных приборов, таких как электронные часы, калькулятор, термометр и т.п., и то только, если последовательно соединить несколько таких «батареек». В связи с этим возможности применения их как источников питания в быту весьма ограничены.

Но при проведении опытов мы заметили, что в воде, взятой из разных источников (водопровод, скважина, озеро), напряжение заметно отличается. Это даёт возможность для быстрого анализа качества воды: чем больше примесей, тем большее напряжение фиксирует вольтметр. Возможно, это можно использовать для мониторинга малых рек. Есть идея использовать элемент Вольта для анализа овощей и фруктов на содержание нитратов.
Этому мы планируем посвятить дальнейшие исследования.

Заключение

В своей работе мы исследовали возможность использования фруктов и овощей в качестве источников электрического тока.

Проведя эксперименты, мы, с одной стороны, убедились в том, что даже привычные нам предметы питания могут выступать в необычной роли. С другой стороны, мы убедились, что емкость «фруктовых» батарей очень мала. Тем не менее, фруктовые и овощные батарейки могут заменять карманные батарейки для освещения погреба (банка с огурцами и электроды), а также в экстремальных ситуациях (отключение электричества).

Экспериментально установлено, что напряжение, создаваемого исследуемым овощем или фруктом, не зависит от его размера и расстоянием между электродами, а определяется наличием в нем растворов минеральных солей и видом электродов. Напряжение связано с кислотностью продукта и зависит от однородности овощей и фруктов.

Литература

  1. Ванклив, Дж. Занимательные опыты по физике/ Дженис Ванклив; пер. с англ. Н.Липуновой. – М.: АСТ: Астрель, 2008.
  2. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. – М.: Высшая школа. – 1991. – 288 с.
  3. Гулиа, Н.В. Удивительная физика/ Н.В.Гулиа – М.: «ИздательствоНЦ ЭНАС», 2005.
  4. Журнал «Наука и жизнь», №10, 2004.
  5. Обо всём на свете. Большая детская энциклопедия. – Изд-во «Астрель», М.: 2004. - 345 с.
  6. Энциклопедический словарь юного физика. - М.: Педагогика, 1991.
Категория: ЭкоWatt_Теоретический проект | Добавил: Svetlana (09.11.2015)
Просмотров: 519 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]




© 2017, АНО "Творцы"