Исследовательская работа по физике "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
1
Содержание
№
Содержание
Стр.
1
Введение. Актуальность работы. Цели и
задачи.
2 - 3
2
История создания гальванического элемента
3 – 5
3
Химические источники тока
5
4
Исследование напряжения в овощах и
фруктах
6 – 8
5
Практическое применение овощных
батареек
8 – 9
6
Заключение
9
7
Список использованной литературы
Интернет – ресурсы
10
2
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
3
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
4
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,
5
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.
На 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) МnO
2
и размельченного
углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью МnO
2
и С
заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH
4
Cl)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.
6
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
7
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.
8
Основа батарейки
Напряжение на электродах, В
Лимон
0,8 В
Яблоко
0,6 В
Сырой картофель
0,8 В
Варенный картофель
1В
Помидор
0,6В
Лук
0,4В
Свекла
0, 3В
Соленый огурец
1,4В
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.
9
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.
10
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
11
.
