XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Электролезер
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Подойдя к учителям, физики и химии мы узнали, что в школе можно проводить некоторые эксперименты, но для этих экспериментов не хватает некого оборудования или реагентов (веществ).
Гипотеза – попытаемся в условиях школьной лаборатории модернизировать и доработать уже имеющейся электролизер.
Проблема: После эксплуатации электролизера нашлись недостатки, которые можно скорректировать
Нехватка мощности блоков питания.
Из-за большого корпуса процесс набора давления очень долгий.
Вследствие того что лезвия подвержены коррозии, их нужно своевременно менять на новые. Данный процесс требует много времени поэтому мне нужен метод сокращающий это время.
Трубка от капельницы часто переламывается из-за этого пламя горелки не стабильно.
Пламя горелки не стабильно и горит с перебоями, часто затухает.
Цель: доработка и модернизация электролизера для того чтобы увеличить безопасность его использования, расширить спектр его возможностей.
Задачи, которые мы поставили для достижения цели это:
1) Уменьшить размер корпуса реактора
2) Сделать водный клапан
3) Научиться запасать водород в болоны
4) Сделать водородную горелку как отдельный прибор
5) Придумать, как сделать трубку сменой
7) Убрать некоторые проблемы электролизера.
Методы исследования: изучение литературы физические эксперименты, обработка результатов, наблюдение.
Теоретическая часть проекта
История электролиза: Явление электролиза было открыто в начале 19 века. Первое систематическое исследование электрических токов в электролитах было сделано Фарадеем в 1833-1834 гг.
В этот период Фарадей провел пятую серию своих знаменитых опытных работ по электричеству, посвященных законам электролиза. Он устанавливает «весьма важный принцип, что количество воды, растворенной под действием электрического тока, точно пропорционально количеству прошедшего через нее электричества». Кром этого, «продукты разложения могут быть собраны очень точно, что является отличным и ценным средством измерения электричества, связанного с излучением».
Фарадей ввел первую электрическую единицу, «степень электричества». Имеет соответствующее стандартное оборудование. 10 декабря Фарадей записал первый закон электролиза: «Химическая сила прямо пропорциональна абсолютному количеству прошедшего электричества». Иначе масса материала, образовавшегося на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через расплав.
Фарадей установил, что электрохимические эквиваленты постоянны для каждого вещества и пропорциональны химическим эквивалентам. Отсюда он приходит к основному обобщению. Обычное химическое родство есть просто результат электрического притяжения частиц веществ разной природы.
Возможности электролизеров: Электролизеры можно использовать для получения водорода, соляной кислоты и т.д.
Основная концепция: Электролиз—это окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах при пропускании электрического тока через расплав или раствор.
Электролит – это раствор, проводящий электричество.
Чтобы получить желаемый продукт (газ, металл или неметалл), нам нужно правильно подобрать электрод и электролит.
Электродами могут быть любые материалы, проводящие электричество. В основном применяют металлы и сплавы, из неметаллов, например, электродами служат графитовые стержни (или углерод). Положительно заряженный электрод является анодом. Отрицательно заряженный электрод является катодом. На поверхности электрода, подключенного к отрицательному полюсу источнка постоянного тока (катоду), ионы, молекулы или атомы присоединяютэлектроны.
Практическое описание модели
Теперь перейдем к планам доработки нашего электролизера.
Материалы для модернизации: большое количество наборов для капельницы, пустой газовый баллон, деревянные шпажка и зубочистки, изоляционная лента, блок питания. Трубка от капельницы часто переламывается из-за этого пламя горелки не стабильно: поиски более подходящей трубки. Нехватка мощности блоков (их было три) питания: заменить на 1 более мощный или добавить еще один такой же мощности. Из-за большого корпуса процесс набора давления очень долгий: с помощью полотна пилы для метала отпилим излишки, длинны болта которые мешают пройти блокам в банки меньшего размера. Придумать способ более просто пересобрать блоки: для более удобной сборки блоков заменим толстые шпажки на более тонкие зубочистки тем самым облегчим задачу сборки блоков, а также увеличим скорость реакции. Научиться запасать водород в болоны: примкнув газа отводную трубку к клапану болона и открыв его водород должен поступать в болон.
Трубка от капельницы часто переламывается из-за этого пламя горелки не стабильно: поиски более подходящей трубки не увенчались успехом поэтому используем резиновую насадку с капельницы в качестве переходника для трубки. (см. прил. № 4)
Нехватка мощности блоков 3 питания: после добавления 4 блока схожей мощности производительность увеличилась незначительно. После замены 3 блоков питания малой мощности на один от компьютера мощность выросла в разы. (см. прил. № 1)
Из-за большого корпуса процесс набора давления очень долгий: за счёт укорачивания болтов корпус удалось уменьшить продуктивность работы увеличилась. (см. прил. № 3)
Придумать способ более просто пересобрать блоки: внесенные изменения не сильно упрощают сборку блоков. (см. прил. № 2)
Научиться запасать водород в болоны: Конструкция клапана на газовом болоне не удобна для этой цели, приходится вручную удерживать клапан и газовую трубку но, не смотря на эти трудности у нас получилось запасти водород в болон.
Водородная горелка как отдельный прибор: так как модернизация дола возможность снимать трубку водородная горелка стала отдельным элементом.
Сделать водный клапан: сделал клапан, благодаря которому электролизер стал более безопасным в эксплуатации. (см. прил. №5)
Исследовательское описание модели
Нерешённые проблемы:
Так и не разработан способ более удобного сбора блоков.
Решённые проблемы:
Корпус слал меньше.
Переломленные трубки можно заменить.
Решена проблема электроснабжения.
Пламя горелки стало более стабильным.
Мы смогли запасти водород в газовый болон.
Создан водный клапон.
Внеплановый плюс: при взрывах водорода звук получается чистым не лающим что означает водород получился хорошего качества.
Вывод
После проделанной нами модернизации значительно выросла эффективность электролизера, водород получается хорошего качества, водородная горелка стала более стабильной.
Заключение
В теоретической части работы мы создали план модернизации электролизера расписали что и как будет улучшено и доработано.
В практической части работы согласно ранее построенному плану, мы проводили эксперименты усовершенствовали электролизер.
Хоть некоторые задачи и небыли достигнуты электролизёр стал работать лучше.
IV. Литература
1. Справочник. “Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение”. Москва “Химия” - 1989 г.
2. Ю.М. Буров “Сверхадиабатические обжиговые печи” стр.6-7. “Машиностроитель”1995г. №12.
3. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Третье издание. Краснодар 2003.
4. Канарёв Ф.М. Низкоамперный электролиз воды.
5. Канарёв Ф.М. Водоэлектрические генераторы тепла.
Ссылки
http://cotlix.com/kak-poluchit-gaz-brauna
https://tokzamer.ru/novosti/princip-dejstviya-elektrolizera
https://ekolog.org/books/37/2_4.htm
https://www.eduspb.com/node/1854
https://ru.wikipedia.org/wiki/Законы_электролиза_Фарадея
П риложение1
Приложение 2
Приложение 3
п риложение 4
Приложение 5