Исследовательская работа: "Природные источники тока"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Васильевская средняя школу»

Исследовательская работа по физике

«Природные источники тока»

Автор работы : Солдатов Иван,

ученик 8 класс Васильевская СШ

Руководитель : Канаичева М.В.,

учитель физики Васильевская СШ

2018 уч.год

Содержание

I. Введение

В современном мире человечество нуждается в электроэнергии каждый день. Она нужна как большим предприятиям, так и в бытовых нуждах каждого из нас. Потребность человечества в энергии с каждым годом увеличивается. Вместе с тем уменьшаются запасы природных топлив – нефти, угля и газа, за счет которых мы получаем необходимую нам энергию. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. К тому же их использование ведет к загрязнению окружающей среды и ухудшению здоровья всего человечества. На выработку электроэнергии тратится много средств. Сейчас ученые всего мира ищут новые способы добычи энергии: солнечные батареи и ветряные мельницы достаточно хорошо всем известны. Но солнечную энергию мы можем использовать только в безоблачную погоду или в экваториальных широтах, и ветер не всегда дует. Следовательно, всё острее встаёт вопрос о нахождении такого вида энергии, потребление которого не приведет к неизбежному исчерпанию запасов, а использование таких ресурсов не будет негативно отражаться на состоянии экологии.

В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах, часах, фонариках, детских игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами. Современная жизнь просто немыслима без электричества - только представьте существование человечества без современной бытовой технике, аудио- и видеоаппаратуры, вечера со свечой и лучиной. Сможет ли человек из окружающих объектов получить так необходимую для него энергию? Известно, что потребление электрической энергии растет все больше и больше. И первоочередной задачей энергетики становятся поиски новых источников, в том числе и нетрадиционных.

1.1. Актуальность работы. Моя работа посвящена необычным источникам энергии и представляет собой анализ различных литературных источников, данные которых проверялись в ходе экспериментов. В настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет актуальное значение. В данной работе осуществлена попытка поиска источников электрического тока в отдельных видах овощей и фруктов. Поскольку себестоимость производства этих продуктов ниже себестоимости традиционного производства электроэнергии, использование их в качестве источника электроэнергии весьма интересно. Этим и объясняется выбор данной темы.

1.2. Цель работы: Проверить могут фрукты и овощи выполнять роль источника тока.

Задачи:

1.Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об источниках электрического тока

2.Ознакомиться с принципом работы батарейки.

3.Создать овощную батарейку.

4.Провести исследования овощных батареек.

Объект исследования: фрукты и овощи.

Гипотеза: овощи и фрукты могут быть источником тока.

Методы исследования:  анализ научной и учебной литературы, экспериментальный метод, метод обработки результатов, метод сравнения.

II. История создания гальванического элемента

Во второй половине XVIII века многие врачи проводили разнообразные опыты, выясняя действие электричества на организм животных и человека. Например, под действием разряда электрических машин наблюдались сокращения мышц лапок не живой лягушки. Такие опыты в 1786 году проводил и итальянский анатом Луиджи Гальвани. Однажды он подвесил на медных крючках задние лапки лягушки к железной решётке балкона своего дома. Гальвани был очень удивлён, обнаружив, что мышцы лапок сокращались при отсутствии электрической машины, если надавить на крючки. Повторив в разных вариантах опыты, Гальвани решил, что в мускулах лягушки заключается «животное» электричество, поэтому при соединении проводниками нерва с мускулами происходит разряд. Соотечественник Гальвани профессор физики Алессандро Вольта, повторив его опыты и проделав новые, пришёл к иному заключению. Роль источника электричества в опытах Гальвани А. Вольта приписал контакту двух разнородных металлов, а лапки лягушки он считал лишь чувствительным электрометром. Учёный исследовал контакты различных металлов. Он установил, что раздражение нервов органов животных или человека будет наибольшим при контакте цинка и серебра. По сути Вольта сравнивал возникавшие при этом напряжения. Учёный писал, что если составить проводящую цепь так, чтобы между различными металлами был введён соприкасающийся с ними жидкий проводник, то вследствие этого возникает постоянный электрический ток того или иного напряжения. Вольта между каждой парой цинковой и медной пластинок положил прокладку из картона, пропитанную кислотой. Такой столбик, составленный из сложенных попарно медных и цинковых пластин, разделенный влажной прокладкой, получил название вольтова столба (рис. 1).

Рис. № 1

Он был построен в 1800 году. Вольтов столб представлял собой простейшую батарею, составленную из последовательно соединенных медно – цинковых элементов (элементов Вольта). Элемент Вольта и изобретенные позднее подобные ему источники тока были названы по имени Гальвани гальваническими элементами. Вольтов столб, как и все гальванические элементы, являлся химическим источником тока; между жидкостью, пропитывающей прокладку, и металлами протекала химическая реакция, в результате которой происходило разделение заряженных частиц. Между полюсами источника тока образовывалось электрическое поле: если соединяли полюса проводником, в нём возникал электрический ток. Сам Вольта не знал ничего о химических превращениях, которые вызывает его столб в жидкости. Велика его заслуга в том, что он создал первый в мире источник постоянного тока. Интерес к электрическому току быстро возрастал. Во многих странах ставили разнообразные опыты с вольтовым столбом. Уже в 1800 году было открыто химическое и тепловое действие тока. Русский учёный Василий Владимирович Петров в 1802 году изготовил огромную батарею. Она состояла из 4200 медных и цинковых кружков, между каждой парой которых прокладывались картонные кружочки пропитанные раствором нашатыря. Все батарея размещалась в большом деревянном ящике. Дно с стенки ящика изолировали лаком и промасленной бумагой. Напряжение на зажимах составляло 1650 В. Это был первый в истории источник постоянного тока сравнительно высокого напряжения.

III. Химические источники тока.

Н а уроках физики я узнал, что в гальваническом элементе (батарейках) происходят химические реакции, и внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую. Гальванический элемент состоит из цинкового сосуда, в корпус которого вставлен угольный стержень, у которого имеется металлическая крышка. Стержень помещён в смесь оксида марганца (IV) МnO2 и размельченного углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью МnO2 и С заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH4Cl)P. В ходе химической реакции цинка с хлоридом аммония цинковый сосуд становится отрицательно заряженным. Оксид марганца несёт положительный заряд, а вставленный в него угольный стержень используется для передачи положительного заряда. Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами , возникает электрическое поле. Если угольный стержень и цинковый сосуд соединить проводником, то возникнет электрический ток. Гальванические элементы - самые распространённые в мире источники постоянного тока. Их достоинство – удобство и безопасность использования.

IV. Исследование напряжения в овощах и фруктах.

Ознакомившись с принципом работы гальванического элемента, я пришёл к выводу, что необходимым условием работы батарейки является присутствие  электролита (раствора солей и кислот) и взаимодействующие с ними металлы. Но кислота содержится в некоторых фруктах.

В Интернете я прочитал о том, что многие ученые работают над созданием новых источников энергии, экологически чистых. Так индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек. Большинство фруктов содержит в своем составе слабые растворы кислот. Именно поэтому их можно легко превратить в простейший гальванический элемент.

Мне стало интересно, а можно ли с помощью овощей изготовить источник тока– батарейку. Самыми распространенными овощами у нас являются картофель, лук, свекла, помидоры, огурцы, а из фруктов – яблоки. Я решил провести эксперименты с овощами и фруктами. Для эксперимента мне понадобятся: фрукты, овощи, медная и цинковая пластины, миллиамперметр, вольтметр, соединительные провода. Я решил провести исследование, чтобы выяснить, какие фрукты и овощи могут быть использованы в качестве батарейки. Для создания гальванического элемента нам понадобится цинковая пластина, медная проволока, фрукт или овощ.

В самодельном гальваническом элементе цинковая пластина действует как отрицательный электрод, а медная проволочка – как положительный. Электролитом (проводящая ток жидкость) является сок фруктов и овощей.

Эксперимент № 1. Гальванический элемент из фруктов.

Для эксперимента я брал поочерёдно: яблоко и лимон, две пластины – медную и цинковую, вольтметр, миллиамперметр, соединительные провода. В половину яблока я вставил цинковую и медную пластины на некотором расстоянии друг от друга. Присоединив к ним вольтметр, измерил напряжение. Затем яблоко я заменил лимоном.

Вывод. Я убедился, что и яблоко и лимон могут выполнять роль источника тока. В яблоках и лимонах содержится кислота, которая является электролитом. Если два разнородных металла погрузить в электролит, происходит перенос заряда, возникает ток и электрическое напряжение.

Эксперимент № 2. Гальванический элемент из овощей.

Для эксперимента я брал картофель (варенный и сырой), свеклу, лук, соленый огурец. В овощи я вставлял медную и цинковую пластину. Измерял напряжение с помощью вольтметра.

Результаты эксперимента я занёс в таблицу.

Вывод: Мною были сделаны гальванические элементы из различных овощей и фруктов: лимон, яблоко, картошка, лук, свекла, помидор, солёный огурец. В каждом элементе был сделан замер напряжения с помощью вольтметра. В результате измерений оказалось, что солёный огурец дает самое высокое напряжение, а лук и свекла самое низкое. Самым же неожиданным оказалось, что обычная картошка тоже дает достаточно высокое напряжение. Можно сделать вывод: овощи и фрукты работают как батарейка. Медь – «+» полюс, а свинцовая пластинка «- ».

V. Практическое применение овощных батареек .

Изучив напряжение, которое дают овощи и фрукты, я приступил к изготовлению фруктовой батарейки. Из проведенных экспериментов я сделал вывод, что овощи и фрукты можно использовать как электролиты для гальванического элемента, но, к сожалению это очень слабый источник энергии. Как увеличить напряжение фруктово – овощных батареек? Напряжение можно усилить, соединив последовательно несколько овощей или фруктов. Так как самое большое напряжение даёт солёный огурец и варёный картофель, в дальнейших своих экспериментах я решил использовать эти овощи.

Эксперимент № 3.

Для эксперимента я взял соленый огурец, и варёный картофель.

Соединив последовательно 5 кусочков солёного огурца я получил напряжение 3 В и силу тока 3 мА. Используя эту батарейку, мне удалось заставить работать калькулятор. Также этого напряжения хватило, чтобы светился светодиод.

Но будет ли гореть светодиод и работать калькулятор, если источник тока сделать из варёного картофеля?

Соединив последовательно клубни картофеля, я добился того, что калькулятор заработал, но картофеля понадобилось больше (10 штук).

Но будет ли гореть лампочка от карманного фонарика рассчитанная на 3,5 В и 0,26 А ? Так как 5 кусочков солёного огурца дали напряжение 3В, значит надо брать большее количество огурцов. Я соединил 7 кусочков, но лампочка не загорелась. Не загорелась она и при большем количестве. Это вполне объяснимо, ведь токи в такой цепи очень слабы и недостаточны.

Эксперимент завершился. Я убедился, что из фруктов и овощей можно сделать батарейку.

VI. Заключение.

Работа, которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на все интересовавшие меня вопросы. Проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о возможности создания источников тока из фруктов и овощей. Такие батарейки могут использоваться для работы приборов с низким потреблением энергии. А еще я убедился в том, что физика - наука экспериментальная. Я учился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы. Мне очень понравилось ставить эксперименты самому, оценивать получившийся результат. Я заметил, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически все должно было бы получиться. Например, мне не удалось зажечь лампочку в 3,5 В, поэтому буду пробовать еще, пока не добьюсь результата.

Порой и не представляешь, сколько интересного происходит вокруг тебя. Нужно только оглянуться, обратить внимание, а затем провести исследование и ответить на интересующие вопросы.

VII. Список использованной литературы.

1.Физика – юным: Теплота. Электричество. КН. Для внеклассного чтения. Сост. М.Н.Алексеева. – М.: Просвещение, 1980. – 160с.

2.Физика. 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений/А.В.Перышкин. – 8 –е изд., доп. – М.: Дрофа, 2006. – 191с.: ил.

3.К.Роджерс, Ф. Кларк. Изучаем физику. Свет. Звук. Электричество. ООО Издательство «Росмэн - Пресс» г. Москва, 2002г.

4.Энциклопедический словарь юного физика. -М.: Педагогика, 1991г О. Ф. Кабардин

5. Горев Л. А. Занимательные опыты по физике. М., «Просвещение», 1974

Интернет- ресурс.

 http://www.wikipedia.org
http://dev.planetseed.com/ru/node/28491
 http://chemistry-chemists.com/Video/Fruit-battery.html
http://lemonlife.ru/kreativ_iz_limonov/batarejka_iz_limona
http://gadgetforgeek.com.ua/sdelat-gadget-svoimi-rukami-fruktovye-chasy

.