close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

код для вставки
МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 5
«Зелёное» электричество
Номинация: естествознание
Автор: Малюгин Михаил
Александрович
Руководитель: Литасова Марина
Алексеевна
г. Тюмень, 2016 г.
2
Содержание
Введение ................................................................................................................... 3
1. История появления источника электричесого тока ......................................... 6
2. Теоретические основы получения «зеленого» электричества………………8
3. Практическая часть ........................................................................................... 10
3.1. Основной эксперимент………………………………………………….….10
3.2. Дополнительные эксперименты……………………………………………12
Заключение ............................................................................................................ 15
Список литературы и источников ....................................................................... 17
Приложение 1 ........................................................................................................ 18
Приложение 2 ........................................................................................................ 19
Приложение 3 ........................................................................................................ 20
Приложение 4 ........................................................................................................ 20
Приложение 5…………………………………………………………………….21
Приложение 6…………………………………………………………………….21
Приложение 7…………………………………………………………………….22
Приложение 8…………………………………………………………………….22
3
Введение
С каждым годом человечеству требуется все больше энергетических и
природных ресурсов. Только за последние сорок лет мировое потребление
топливно-энергетических ресурсов увеличилось в 3 раза. Так как большинство
стран не обладают ими в необходимом количестве, то их приходится
импортировать из других регионов. В свою очередь это вызывает рост цен на
данный вид товара. В связи с этим многие государства вынуждены решать
проблемы энергосбережения.
Поскольку на нашей планете стремительно иссякают топливные ресурсы, и
изучению альтернативных источников энергии в наше время придается огромное
значение, считаю свое исследование достаточно актуальным.
Моя
работа
посвящена
необычным
источникам
энергии.
В интернете я прочитал о том, что индийские ученые работают над созданием
необычных батареек для несложной бытовой техники с низким потреблением
энергии. Внутри этих батареек должна быть паста из переработанных бананов и
апельсиновых корок. Одновременное действие четырех таких батареек позволяет
запустить стенные часы, а для ручных часов хватит одной такой батарейки.
Еще я узнал, что компания SONY на научном конгрессе в США представила
батарейку, работающую на фруктовом соке. Если «заправить» такую батарейку 8
мл сока, то она сможет проработать в течение одного часа. Применяться новинка
может в плеерах, мобильных телефонах.
Неоспоримым достоинством необычной батареи является то, что она очень
дешевая.
Стоимость
электроэнергии,
вырабатываемой
«картофельным»
аккумулятором, в 50 раз ниже, чем, к примеру, у аккумуляторов Energizer E91.
Можно также добавить, что свет, получаемый с помощью этих
аккумуляторов, обходится, в 5 раз дешевле, чем при использовании керосиновых
ламп, популярных в развивающихся регионах. К тому же картофель является
одним самых распространенных овощей — его выращивают в 130 странах мира.
4
Я задумался над вопросом, зачем люди тратят время на создание
«фруктовых, овощных» источников питания, ведь уже создано большое
разнообразие батареек, аккумуляторов и других элементов питания. Ответ
показался мне очевидным. Мы очень часто покупаем элементы питания для
игрушек, часов, фонариков, телефонов. На это тратятся денежные средства.
Кроме того, в процессе использования и утилизации элементов питания наносится
огромный вред экологии нашей планеты. Возможно, что можно заменить дорогие
гальванические элементы самодельными фруктовыми и овощными батарейками,
тогда будет экономия и безопасность. Энергия «зеленых» аккумуляторов может в
корне изменить жизнь 1,6 млрд. жителей развивающихся стран, не имеющих в
настоящее время доступа к электроэнергии.
Если верить данной информации, то если в моем доме отключат
электричество, я смогу некоторое время освещать его при помощи лимонов или
картофеля,
Я
а
также
решил
пользоваться
проверить
маломощными
лично,
возможно
бытовыми
такое
приборами.
или
нет.
В данном проекте мною была исследована возможность получения источников
питания из фруктов и овощей.
Предварительно была выдвинута гипотеза: электрический ток можно
получить из доступных природных растительных продуктов, в частности, из
овощей и фруктов.
В связи с этим была поставлена цель: исследовать возможность получения
электрического тока из овощей и фруктов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1.
Изучить историю появления и основы устройства обычной батарейки.
2.
Изучить теоретические основы и принципы получения электрической
энергии из природных органических материалов..
3.
Практическая сборка элемента питания из различных овощей и
фруктов.
5
4.
Исследовать
зависимость
мощности
собранных
устройств
от
различных факторов и возможность улучшения её значения.
5.
Выяснить
возможности
электричества.
практического
применения
«зеленого»
6
1. История появления источника электрического тока
Первый источник электрического тока был изобретен случайно в конце 17
века итальянским ученым Луиджи Гальвани (на самом деле целью опытов
Гальвани был не поиск новых источников энергии, а исследование реакции
подопытных животных на разные внешние воздействия). Явление возникновения
и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных
металлов к мышце лягушачьей лапки.
Опыты
Гальвани стали основой исследований другого итальянского
ученого – Алессандро Вольта, который 200 лет назад 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 из двух пластин
металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным
соком. Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает напряжение.
Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый
источник энергии стал прародителем всех нынешних батареек, которые в честь
Луиджи
Гальвани
называют
теперь
гальваническими
элементами.
Когда цинк контактирует с лимонной кислотой, начинаются две химические
реакции. Одна реакция – окисление: кислота начинает забирать атомы цинка с
поверхности пластинки. Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая
атому положительный заряд. Заряженные атомы цинка, их называют – ионы,
остаются в кислоте. Другая реакция – восстановление, в ней задействованы
положительно заряженные атомы водорода – ионы водорода в лимонной кислоте
около пластинки цинка. Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе
окислительной реакции с образованием водорода, который можно увидеть в виде
пузырьков около пластинки цинка. Ионы водорода называют окислителями,
потому что они отнимают электроны цинка. Обе реакции продолжаются до тех
пор, пока цинковая пластинка находится в кислоте, и на нем остается цинк.
Реакция не зависит от присутствия меди или другого вещества. Важно понять, что
7
электроны испускаемые цинком принимаются ионами водорода, которые
содержатся в кислоте. Медь – тоже окислитель. В действительности, она даже
больший окислитель, чем ионы водорода в лимонной кислоте. То есть медь может
притягивать многие свободные электроны, испускаемые цинком. Но процесс не
происходит до тех пор, пока между медной и цинковой пластинками нет связи.
Когда между пластинками устанавливается связь (провод), то медь притягивает
электроны из цинка и возвращает их через провод (цепь). Движение электронов
по цепи – электрический ток (приложение 1). Именно на таком принципе и
делаются большинство батареек (гальванических элементов), которыми мы
пользуемся. Разница заключается в том, что в различных видах производимых
батареек, отличие только в используемых веществах и материалах.
В настоящее время существует множество различных типов гальванических
элементов, к примеру: марганцево - цинковый, марганцево - оловянный,
марганцево - магниевый, свинцово - цинковый, свинцово - кадмиевый, свинцово хлорный, хром - цинковый и т.д. Кроме внутреннего состава, батарейки также
отличаются размером и, следовательно, ёмкостью заряда (приложение 2).
8
2. Теоретические основы получения «зеленого» электричества
Итак, выяснив принцип работы обычного источника питания, я прихожу к
выводу, что необходимым условием его работы является присутствие ионов
водорода в овощном и фруктовом растворе. Практически все фрукты и овощи
состоят из внешней оболочки - кожуры и внутренней, которая содержит сок
(раствор, кислоту). Я узнал из интернета, что мерой активности ионов водорода в
растворе является его кислотность. Значит, на электрические характеристики
создаваемых мною батареек влияет кислотность овощей и фруктов. Поэтому я
исследовал зависимость силы тока, даваемой моими источниками от кислотности
продукта, а также от их количества.
Приборы, потребляющие небольшое количество электрической энергии,
работают за счёт химической реакции, возникающей на медном и цинковом
электродах, погружённых в картофель (помидор, солёную воду, апельсин, лимон
и тому подобное), превращаясь, по факту, в гальваническую батарею.
Для реализации целей своего исследования мне необходимо составить
схему сборки источника тока, которая включает в себя наличие основных
элементов: цинка, меди, соединительных проводов, а также бытовых приборов с
низким потреблением электричества.
Из схемы, изображенной на рис. 1, видно, что необходимо взять два плода
овощей или фруктов, в каждый из них поместить медные и цинковые пластины электроды, соединить медный и цинковый
электроды соединительными
проводами, а два других электрода соединить с прибором, лампой, иным
потребителем энергии.
После успешного проведения первого эксперимента, попытаюсь, с целью
решения задач исследования, собрать цепь из большего количества овощей, а
также в их сочетании. Попытаюсь установить зависимость количества и качества
различных продуктов на мощность произведенного электричества.
9
4
5
3
2
1
2
3
1
Рис. 1
На рис. 1 -
1
картофель, лимон и т.д.
2
медный электрод
3
цинковый электрод
4
соединительные провода
5
потребитель энергии (электронные часы, лампа и т.д.)
10
3. Практическая часть
3.1. Основной эксперимент
Для проведения эксперимента подготовлю следующие материалы:
- соединительные провода с малыми зажимами-аллигаторами на двух
концах (приложение 3);
- медные пластины или медные монеты (приложение 4);
- цинковые пластины или достаточно длинные оцинкованные гвозди
(приложение 5);
- достаточно большие картофелины (приложение 6).
1. Соберу все необходимое. Если нет цинковых пластинок, то возьму
оцинкованные гвозди, они нужны самые обычные, но достаточно длинные.
Двусторонние зажимы с проводами купили в магазине. Если нет медных пластин,
можно использовать медные монеты.
В качестве источника электрического тока я решил взять две картофелины
средней величины.
2.. В качестве прибора потребления тока возьму простые светодиодные
часы, работающие от низкого напряжения – от плоских батареек в 1-2 вольта
(приложения 7, 8).
3. В каждую из картофелин вставляю по одной медной пластине – так,
чтобы они держались внутри надежно, но и на поверхности должна остаться
достаточная длина для крепления соединительных проводов.
4. Затем в каждую картофелину вставляю по одной цинковой пластине.
Помещаю пластины как можно дальше от вставленных медных пластин – они не
должны соприкасаться и внутри тоже.
11
5. Беру один двусторонний зажим с проводом, и зацепляю один зажим за
вставленную в первую картошку медную пластину – пусть зажим не касается
картошки. Зажим на противоположном конце присоединяю к красному проводу
на часах.
6. Использую второй двусторонний зажим с проводом, чтобы закрепить на
цинковой пластине на второй картошке (прикасаться к самой картошке зажим не
должен), и соединяю его с черным проводом на часах.
7. Третий двусторонний зажим с проводом нужен, чтобы соединить
цинковую пластину в первой картошке с медной пластиной во второй картошке.
8. Все готово! Часы работают.
12
3.2. Дополнительные эксперименты
Получив электрическую энергию при помощи двух картофелин, проведу
эксперимент
с
использованием
большего
числа
овощей.
Взял
четыре
картофелины, в каждую вставил электроды - цинковые и медные. Поскольку
стандартных пластин у меня только по две, я решил использовать оцинкованные
гвозди вместо цинковых пластин, а медные пластины заменил медными монетами
в пять рублей из своей коллекции. Когда все картофелины были готовы, я
соединил электроды в картофелинах по такой же схеме: медный электрод с одной
картофелины соединяю с цинковым электродом во второй, а затем также и
остальные. Чтобы усложнить эксперимент, добавляю в цепь путем присоединения
такими же проводами-зажимами миниатюрный выключатель.
Создав всю цепь, крайние электроды соединяю с проводами часов, и нажимаю
выключатель. Часы работают. Отмечаю, что цифры на часах горят ярче.
Поэтому делаю вывод, что
электрической
использовании цепи из четырех картофелин.
энергии стало
больше при
13
Далее, понимая, что электричества стало больше, я решил подключить
другой потребитель электрического тока. Я отсоединил выключатель, взял
миниатюрную светодиодную лампу, и по такой же схеме вместо часов подключил
ее в цепь. И лампа тоже загорелась. Делаю вывод, что чем больше мощность
созданного мною источника энергии, тем более серьезный прибор я могу
подключить.
Затем я решил проверить свойства других продуктов. Я взял одну
картофелину, один лимон, один банан и одну луковицу. Все продукты соединил
по той же схеме, в качестве потребителей использовал и часы, и лампочки. Все
также получилось, часы заработали, лампочки зажглись. Отмечу, что при таком
соединении
продуктов
сила
электрической
использовании однородных продуктов.
энергии
меньше,
чем
при
14
Использовав
различные
варианты
применения
продуктов
в
своем
исследовании, я решил провести эксперимент с растворами.
Точнее, я приготовил раствор порошка лимонной
кислоты с водой. Я подумал, что если лимон
содержит кислоту, то и раствор лимонной
кислоты можно также использовать в качестве
источника электрического тока. Полученный
раствор я разлил в два стакана. Поместил в
каждый стакан один цинковый и один медный
электрод. Соединил медный электрод из одного
стакана с цинковым электродом в другом
стакане, а оставшиеся электроды подсоединил к
часам.
Часы показали время, заработали. Эксперимент удался и теперь я знаю, что в
качестве источников электричества можно использовать и кислые растворы.
15
Заключение
В результате исследования мною была собрана действующая модель
источника электрического тока из подручных природных компонентов, а именно:
из картофеля, лимонов, бананов, репчатого лука, а также из кислого раствора.
Установлено, что экологичное и недорогое электричество может быть
получено в домашних и бытовых условиях с использованием простейших
приспособлений.
Моя гипотеза о возможности получения электрического тока из продуктов
растительного происхождения подтвердилась. Цель исследования достигнута.
Все задачи, которые были поставлены мною в этом исследовании,
выполнены. Благодаря полученным в ходе исследования результатам, могу
сделать следующие выводы:
1. Я изучил основы устройства обычной батарейки, узнал историю
появления первого источника электрического тока, а также теоретические основы
и принципы получения электрической энергии из природных органических
материалов..
2. В процессе практического проведения экспериментов мне стало понятно,
что можно получить электрическую энергию из природных материалов с
использованием подручных средств.
3. В ходе проведенных исследований я установил зависимость мощности
собранных устройств от различных факторов
и возможность улучшения её
значения.
- чем больше используется продуктов, тем больше энергии можно получить;
- энергии будет больше, если использовать одинаковые продукты, а не
разные;
- мощность электрической энергии зависит от кислотности продукта, чем
кислее, тем больше энергии;
- энергию можно получить из кислых растворов, а также из соков.
16
4. Считаю, что исследование, проведенное мною, имеет огромное будущее
и может помочь людям в различных жизненных ситуациях. Знания и умения,
полученные мною при проведении исследования, позволят мне использовать
освещение в местах, где электричество отсутствует, пользоваться простейшими
бытовыми приборами в условиях, когда нет возможности приобрести обычные
источники питания.
В перспективе я планирую усовершенствовать способы получения
электрического тока из растительных материалов и подручных средств путем
проведения экспериментов с использованием других материалов, имеющих более
высокую кислотность, улучшения количественных и качественных свойств
подручных материалов.
Предполагаю, что смогу добиться получения электрического тока более
высокой
силы
и
мощности,
которой
будет
достаточно
для
работы
высокотехнологичных устройств, а именно: компьютеров, мобильных телефонов,
транспорта.
17
Список литературы и источников
1. Энциклопедия для детей «Обо всем на свете» - М.: Махаон, 2008. - 158 с.
2. http://www.wikipedia.org
3. http://lemonlife.ru/kreativ_iz_limonov/batarejka_iz_limona
4. http://chemistry-chemists.com/Video/Fruit-battery.html
5. Покажи мне, как: 500 самоучителей в одной книге / Л.Смит, Д.Фагерстрём, пер.
с англ. А.В.Русаковой. - М.: АСТ: Астрель, 2010. - 324 с.
18
Приложение 1
19
Приложение 2
20
Приложение 3
Приложение 4
21
Приложение 5
Приложение 6
22
Приложение 7
Приложение 8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
31
Размер файла
996 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа