Исследование гальванических пар в растворах солей, кислот и щелочей

Исследование гальванических пар в растворе щёлочи Итоговый проект ________________ , обучающегося 9Д класса МБОУ СОШ № 82 г. Владивостока Руководитель проекта: Березовский Анатолий Арнольдович, учитель физики МБОУ СОШ № 82 г. Владивосток

Формулирование проблемы Жизнь современного человека невозможно представить без электричества. Промышленность, сельское хозяйство, наука, медицина, радио и телевидение, интернет, многочисленные виды связи, бытовые приборы и устройства, системы отопления и кондиционирования воздуха, освещение городских улиц и автодорог – это лишь незначительная доля применения электричества в современном мире. И естественно, что прекращение энергообеспечения даже на незначительный период времени приводит к полному параличу жизнедеятельности человека, что, к сожалению, происходит не так уж и редко.

Определение гипотезы Зависимость современного человека от использования электроэнергии можно частично снизить путём создания автономных источников электрического тока из доступных материалов, с помощью которых станет возможным решить простейшие бытовые проблемы: осветить помещение, зарядить мобильный телефон, запустить электронные часы и т. д.

Объект исследования, предмет исследования и цель работы Объектом исследования в данной проектной работе являются гальванические пары, составленные из разных металлов и погруженные в раствор щёлочи. Предметом исследования является зависимость способности гальванических пар генерировать электродвижущую силу от вида применяемых металлов. Целью работы является установить соответствие между электрохимическими потенциалами различных металлов, на основании полученных знаний создать осветительный прибор, работающий от гальванических токов и тем самым частично снизить зависимость современного человека от наличия или отсутствия электроэнергии путем создания из доступных подручных материалов источника электрической энергии, с помощью которого удастся осветить помещение зарядить аккумулятор мобильного телефона, или запустить электронные часы.

Задачи проекта Исследование способности гальванических элементов, собранных из различных металлов генерировать разность электрохимических потенциалов и создавать электрический ток в нагрузке. Создание из доступных материалов гальванического элемента Изучение свойств полученного элемента методом электрических измерений Проверка эксплуатационных свойств полученного элемента путем подключения различных потребителей, в том числе к батарее, составленной из нескольких элементов, соединенных параллельно и последовательно. Создание осветительного прибора с питанием от гальванической батареи, созданной на основе применения гальванических пар в растворе щёлочи. Отладка конструкции созданной батареи

Подготовка к выполнению работы Приступая к выполнению работы, необходимо, в первую очередь, повторно изучить требования техники безопасности при работе с химическими реактивами и с электрооборудованием, сдать зачеты по мерам безопасности руководителю проекта и пройти повторный инструктаж по мерам безопасности на рабочем месте.

Выбор материалов и оборудования для производства работ Для проведения исследования были взяты 4 образца различных металлов, представляющие собой пластины одинакового размера. Данные образцов приведены в таблице В качестве электролита использовался 6,5% раствор гидроксида натрия. Для приготовления раствора мы растворили средство для очистки труб на основе щёлочи в гранулах массой 70 грамм в одном литре воды. Из выбранных образцов металлов были составлены различные гальванические пары из набора: медь, железо, свинец, цинк. Всего было составлено шесть таких пар. Для измерения силы тока и электрического напряжения была собрана электрическая цепь, состоящая из гальванического элемента, амперметра, вольтметра, нагрузочного резистора и соединительных проводов.

Исследование различных гальванических пар. Гальваническая пара медь-цинк. Разность электрохимических потенциалов гальванического элемента, составленного из медной и цинковой пластины в 6,5 % растворе гидроксида натрия составила 1,12±0,01 вольт. При этом медная пластина имеет более высокий электрохимический потенциал и является положительным полюсом батареи. При включении нагрузки сопротивлением 100 Ом напряжение во внешней электрической цепи составило 0,356 В, сила тока через нагрузку 3 мА. Мощность в нагрузке примерно 1 мВт

Гальваническая пара медь-свинец Разность электрохимических потенциалов гальванического элемента, составленного из медной и свинцовой пластины в 6,5 % растворе гидроксида натрия составила 0,44±0,01 вольт. При этом медная пластина имеет более высокий электрохимический потенциал и является положительным полюсом батареи. При включении нагрузки сопротивлением 100 Ом напряжение во внешней электрической цепи составило 0,146 В, сила тока через нагрузку 1,5 мА. Мощность в нагрузке примерно 0,2 мВт

Гальваническая пара медь-железо Разность электрохимических потенциалов гальванического элемента, составленного из медной и железной пластины в 6,5 % растворе гидроксида натрия составила 0,16±0,01 вольт. При этом медная пластина имеет более высокий электрохимический потенциал и является положительным полюсом батареи. При включении нагрузки сопротивлением 100 Ом напряжение во внешней электрической цепи составило 0,138 В, сила тока через нагрузку 1,5 мА. Мощность в нагрузке примерно 0,2 мВт

Гальваническая пара цинк-свинец Разность электрохимических потенциалов гальванического элемента, составленного из медной и железной пластины в 6,5 % растворе гидроксида натрия составила 0,64±0,01 вольт. При этом свинцовая пластина имеет более высокий электрохимический потенциал и является положительным полюсом батареи. При включении нагрузки сопротивлением 100 Ом напряжение во внешней электрической цепи составило 0,175 В, сила тока через нагрузку 1,5 мА. Мощность в нагрузке примерно 0,26 мВт

Гальваническая пара цинк-железо Разность электрохимических потенциалов гальванического элемента, составленного из медной и железной пластины в 6,5 % растворе гидроксида натрия составила 0,90±0,01 вольт. При этом медная пластина имеет более высокий электрохимический потенциал и является положительным полюсом батареи. При включении нагрузки сопротивлением 100 Ом напряжение во внешней электрической цепи составило 0,131 В, сила тока через нагрузку 1,5 мА. Мощность в нагрузке примерно 0,2 мВт

Гальваническая пара свинец-железо Разность электрохимических потенциалов гальванического элемента, составленного из медной и железной пластины в 6,5 % растворе гидроксида натрия составила 0,32±0,01 вольт При включении нагрузки сопротивлением 100 Ом напряжение во внешней электрической цепи составило 0,07 В, сила тока через нагрузку 0,02 мА. Мощность в нагрузке примерно 0,014 мВт

Создание гальванической батареи Для создания гальванической батареи использовались 13 стеклянных ванночек, наполненных 6,5 % водным раствором гидроксида натрия. В каждую ванночку было налито 75 миллилитров раствора и вставлены цинковая и медная пластины. Электрическое соединение пластин внутри ванночек осуществлялось посредством электролита. Пластины из соседних ванночек были соединены последовательно: медь – цинк; медь – цинк. В результате суммарная Разность электрохимических потенциалов батареи составила 10,8 вольт. При подключении в нагрузку светодиода номинальным напряжением три вольта, измеренное напряжение в нагрузке составило 2,65±0,05 вольт. При этом наблюдалось яркое устойчивое свечение светодиода в течении длительного времени

Испытания батареи гальванических элементов Нами был проведён комплекс исследований возможностей созданной нами гальванической батареи. В результате проведённых исследований удалось установить, что ЭДС батареи, составленной из тринадцати гальванических пар медь-цинк составила 10-13 вольт. При этом нам удалось добиться длительного устойчивого загорания гирлянды из светодиодов и кратковременно зажечь лампочку накаливания.

Заключение и выводы В результате проведённых опытов было установлено соотношения электрохимических потенциалов различных металлов, погружённых в насыщенный раствор гидроксида натрия. Также, из доступных материалов удалось создать аккумуляторную батарею, которая может обеспечить автономное освещение небольших помещений. Разрабатываемая аккумуляторная батарея исключит вероятность того, что в результате внезапного отключения электричества жители удаленных населенных пунктов останутся без освещения.