XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Овощи и фрукты – проводники электрической энергии

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Минниханова Д.Д. 1

---

1МАОУ Школа № 137 ГО г. Уфа РБ

Бикмухаметова Р.А. 1

---

1МАОУ Школа № 137 ГО г. Уфа РБ

Работа в формате PDF

2.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Слово батарейка плотно вошло в нашу повседневную жизнь. Каждый из нас наверняка пользуется батарейками. Что бы мы делали без этих «палочек – выручалочек», которые позволяют нам пользоваться электричеством там, где нет никаких розеток и проводов. Они используются в мобильных телефонах, фонариках, наши часы, пульты от телевизора работают благодаря батарейкам. А после использования – выбрасывает в мусорное ведро, что ведёт к загрязнению окружающей среды. А что если заменить батарейки чистыми источниками электрической энергии, которая будет не опасна для человека, для окружающей среды и её можно будет легко утилизировать.

Тема моей работы «Овощи и фрукты – проводники электрической энергии» посвящена необычным источником энергии. Я выбрала эту тему, потому что решила проверить, а действительно ли овощи и фрукты могут являться источником электрической энергии.

Итак, объектом нашего исследования стали овощи и фрукты.

Предмет исследования: получение электрического напряжения.

Гипотеза: возможно, что электричество можно получить из овощей и фруктов.

Цель данной работы: создать «зелёную» батарейку для получения электричества.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– изучить материал по выбранной теме;

– узнать, что такое батарейка и познакомиться с её историей;

– измерить, какое напряжение выдают разные овощи и фрукты;

– провести эксперимент по созданию «зелёной» батарейки;

– провести опрос среди одноклассников и родителей на темы: «Какие виды батареек, вы знаете?», «Можно ли заменить батарейку овощами или фруктами?» «Может ли от фруктов и овощей загореться лампочка?»;

– выпустить буклет для одноклассников с советами.

Методы исследования:

– изучение научной и учебной литературы;

– анкетирование и составление диаграмм;

– опрос среди одноклассников и родителей;

– проведение эксперимента;

– наблюдение, обобщение и анализ результатов.

Практическая значимость исследования заключается в создании альтернативных источников электрической энергии из экологически чистых материалов и возможности использования «зелёных батареек».

1 Понятие, история, типы и виды батарейки как источник тока

1. 1. Определение батарейки

Батарейка – это хранилище электричества, которое снабжает электричеством разные устройства.

По словарю Ожегова «батарейка - маленькая аккумуляторная батарея. Часы на батарейках».¹

Батарейки бывают разнообразной формы и размеров, служат тоже по-разному. Батарейки вырабатывают электричество в результате химической реакции между двумя различными металлами, которые называются электродами, помещёнными в жидкость электролит. Обычно в качестве электродов используются медь и цинк, а в качестве электролита – кислота.

Из современного толкового словаря русского языка Ефремовой Т.Ф. Батарейка – это небольшое аккумуляторное устройство для увеличения напряжения или для питания энергией.²

1. 2. История создания батареек

Ученый из Италии, Луиджи Гальвани, сделал первый шаг на пути появления батарейки, он исследовал реакции живых организмов на различные воздействия. Суть открытия заключалась в том, что когда к лягушачьей лапке присоединяли две полоски из разных видов металла, то через неё проходит ток. Объяснить данное явление ученый так и не смог. (Приложение 1, стр. 17)

В конце 18 века итальянский физик Алессандро Вольта создал первый источник тока, и дал физикам возможность проводить опыты с электрическим током. Обозначение «вольт» произошло от фамилии ученого Алессандро Вольта. В 1800 году он создал гальванический элемент, раннюю электрическую батарею, вырабатывающую постоянный электроток. После множества опытов Вольт с разными металлами, сконструировал столб из пластинок цинка, меди и войлока, смоченный раствором серной кислоты. Поочерёдно он накладывал металлы друг на друга, в следующем порядке внизу находилась медная пластинка, на ней войлок, затем цинк, опять медь, войлок, цинк, медь, войлок и т. д. И в итоге столб оказывался заряженным на нижнем конце положительным, а на верхнем — отрицательным электричеством. С тех пор, «Днём рождения батарейки» принято считать 18 февраля 1800 года. (Приложение 1, стр. 17)

В 1803 году русский физик Василий Петров для демонстрации электрической дуги собрал самую мощную химическую батарею, состоящую из 4200 медных и цинковых дисков размером 35 миллиметров. В качестве электролита использовался нашатырный спирт. Напряжение достигало 2500 Вольт. (Приложение 1, стр.17)

Первый аккумулятор появился значительно позже – в 1859 году, когда француз Гастон Плантэ повторил эксперимент своего коллеги, используя слабый раствор серной кислоты и две пластины из свинца. Особенность этого элемента питания заключалась в том, что оно требовало подзарядки от источника постоянного тока, а затем само отдавало полученный заряд на создание электроэнергии.

1.3 Типы и виды батареек

В мире существует несколько типов батареек:

1. Солевые. В солевых источниках питания в качестве электролита используется раствор хлорида аммония. Самые дешевые батарейки, маленький срок действия, при низких температурах неработоспособны. Применяются в разнообразных игрушках, а также в пультах дистанционного управления. (Приложение 2, стр.18)

2. Щелочные (алкалиновые).Электроды такой батарейки изготовлены из цинка и двуокиси марганца. В качестве электролита выступает щёлочь гидроксид калия. Более длительный срок службы, чем у солевых, улучшенная герметичность, более длительный срок хранения, размер схож с солевыми батарейками, но цена выше. Применяются в фотоаппаратах с вспышкой, видеокамерах, игрушках с моторчиком. (Приложение 2, стр.18)

3. Серебряные.В серебряной батарейке для производства анода используется цинк, для катода – оксид серебра. Постоянное напряжение, не токсичны, не восприимчивы к температуре окружающей среды, высокая стоимость. Применяются в калькуляторах, наручных часах, различных электрических инструментах, слуховых аппаратах. (Приложение 2, стр.18)

4. Литиевые.В такой батарейке катод изготовлен из лития. Обладают большим сроком службы, герметичные, имеют возможность перезаряжаться, более качественные, но имеют очень высокую цену. Применяются в фотоаппаратах, мобильниках, электронных книжках. (Приложение 2, стр.18)

5. Ртутные. В такой батарейке анод изготавливается из цинка, катод – из оксидартути. Имеют стабильное напряжение, более долгий срок работы, возможность работать как при высоких, так и при низких температурах, но не имеют особой популярности из-за наличия в них ртути и высокой стоимости. На данное время практически уже не применяются, но раньше они применялись в таких отраслях как: медицина, армия, промышленность, радиоэлектроника. (Приложение 2, стр.18)

Батарейки можно классифицировать по форме и размерам. В таблице представлены маркировки к диаметру, типу и виду батарей. (Приложение 3, стр. 19)

2 Успехи учёных в создании альтернативных источников энергии

И вновь ученые удивляют нас своей изобретательностью. На этот раз они предполагают создавать батарейки на основе фруктов и овощей. Так израильские учёные в 2010 г. придумали, как на основе овоща сделать весьма компактный элемент питания. В качестве источника энергии они предложили использовать обычный вареный картофель. Они обнаружили, что варка картофеля до его использования в электролизе увеличивает мощность электроэнергии до десяти раз по сравнению с сырым картофелем. Специалисты считают, что в будущем такие батарейки будут использовать более полутора миллиардов человек во всём мире. (Приложение 4, стр. 20)
Индийские ученые придумали альтернативный источник питания. Они решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Внутри таких батареек должна быть паста переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. От четырёх таких батареек могут работать настенные часы или карманный калькулятор.

Японская компания «Сони» в 2010 году представила на научном конгрессе в США миниатюрную электрическую батарейку, работающую на самом обыкновенном фруктовом соке.Размеры инновационной батарейки составляют 2 на 4 см, мощность равна 10 милливатт. Если «заправить» такую батарейку 8 мл сока, то она сможет проработать в течение одного часа. Применяться новинка может в плеерах, мобильных телефонах.

Максимальное напряжение, полученное от фруктовой батареи, составило 1521 Вольт, эксперимент провели в средней школе в Дании. Для этого потребовалось 1964 лимона.

В 2022 году Британские учёные побили новый мировой рекорд. Самую мощную в мире фруктовую батарейку создали из 2923 лимонов. Они добились напряжения 2307,8 Вольта и установили новый рекорд. Этот рекорд официально зарегистрирован в Книге рекордов Гиннесса. (Приложение 4, стр. 20)

Исследовательская часть

Исследование №1

Я решила провести эксперимент действительно ли овощи, и фрукты дают напряжение.

Для измерения напряжения мне понадобится специальный прибор – мультиметр. За помощью я обратилась к папе, он работает в энергетике и у него есть такой прибор. С его помощью можно наглядно увидеть, сколько вольт дают фрукты и овощи.

Мы измерили яблоко, лимон, картофель, банан, апельсин, лук, чеснок, хурма, огурец. Что меня удивило, так это то, что не только картофель, но и почти все фрукты и овощи дают напряжение! (Приложение 5, стр. 21)

Результаты получились разными. Напряжение оказалось в пределах от 0,22 и до 0,75 Вольта. Только хурма не дала нам напряжения. Возможно, её сок отличается от сока других фруктов, а возможно её структура не проводит ток. Также замечено, что лимон сначала надо помять, чтобы разрушить в нём волокна между электродами. Напряжение не зависит от размера плода. Маленький чеснок даёт не меньше вольта, чем более крупные плоды. А половинка огурца даёт больше вольта, чем целый огурец. Результаты исследований занесла в таблицу и составила диаграмму лучших овощей и фруктов, которые способны нам дать больше всего электрического напряжения. (Приложение 6, стр. 22)

Исследование №2

Как сделать батарейку из картофеля

Меня заинтересовал вопрос о том, как сделать настоящую батарейку из картофеля своими руками.

Для эксперимента по созданию батарейки нам понадобится: картофель, цинковые гвозди, медный провод, провода с зажимами, светодиодная лампочка, мультиметр.

Берём картофель и втыкаем в неё медный провод и цинковый гвоздь. С помощью мультиметра замерили напряжение. Результат: 0,66 Вольта. (Приложение 7, стр. 23) Потом мы попробовали зажечь наш светодиод, рассчитанный на напряжение 3,0 Вольта. К сожалению, оказалось это очень слабый источник тока, светодиодная лампочка не зажглась. (Приложение 7, стр. 23) Мы решили разрезать картофель и сделать повторный замер, результат показал 0,79 Вольта. (Приложение 7, стр. 23) Показания увеличились, но ненамного, этого не хватит, чтобы зажечь светодиодную лампочку. Для того, чтобы зажглась лампочка необходимо не меньше 3,00 Вольта.

Тогда мы решили повысить требуемое напряжение. Взяли 4 картофеля и разрезали их пополам. Воткнули в них медный провод и цинковые гвозди, соединили их последовательно. (Приложение 7, стр. 23) Результат показал 4,90 Вольта. (Приложение 7, стр. 23) Наша светодиодная лампочка зажглась. (Приложение 7, стр. 23) Потом мы попробовали зажечь светодиодные лампы других цветов. Они также зажглись. (Приложение 7, стр. 23)

Вывод. Наша батарейка даёт электричество, хоть и небольшое. Зато довольно продолжительное время, возможно, даже до тех пор, пока овощ не сгниёт или не высохнет.

Исследование №3

Познакомившись с материалом, мне захотелось узнать у моих одноклассников и родителей из моего класса, что им известно о возможности получения электричества из овощей и фруктов.

Моим одноклассникам и родителям была предложена следующая анкета:

1. Какие виды батареек, Вы знаете?

- пальчиковые;

- мизинчиковые;

- не знаю.

2. Можно ли заменить батарейку овощами или фруктами?

- да;

- нет;

- не знаю.

3. Может ли от овощной - фруктовой батарейки загореться лампочка?

- да;

- нет;

- не знаю.

Было опрошено 27 учащихся моего класса, 20 родителей.

На вопрос, «Какие виды батареек, Вы знаете?» можно было выбрать несколько ответов:

«пальчиковые» – ответили 9 детей, 20 родителей;

«мизинчиковые» – 13 детей, 20 родителей;

«не знаю» - 5 детей, 0 родителей.

Результаты наглядно представлены на диаграмме 2 «Какие виды батареек Вы знаете». (Приложение 8, стр. 24)

На вопрос, можно ли заменить батарейку овощами или фруктами, ответили:

«да» - 5 детей, 5 родителей;

«нет» - 14 детей, 11 родителей;

«не знаю» - 8 детей, 4 родителя.

Результаты наглядно представлены на диаграмме 3, «Можно ли заменить батарейку овощами или фруктами». (Приложение 8, стр. 24)

На вопрос, может ли от овощной - фруктовой батарейки загореться лампочка, ответили:

«да» - 5 детей, 5 родителей;

«нет» - 9 детей, 10 родителей;

«не знаю» - 13 детей, 5 родителя.

Результаты наглядно представлены на диаграмме 4, «Может ли от овощной - фруктовой батарейки загореться лампочка» (Приложение 8, стр. 24)

Вывод. Анализ анкет одноклассников и их родителей показал:

1. большинство опрошенных знают пальчиковые и мизинчиковые батарейки;

2. далеко не все знают, что овощи и фрукты могут заменить батарейку;

3. не все знают, что от овощной - фруктовой батарейки может загореться лампочка.

Заключение

Без электричества в наше время просто невозможно представить нормальную жизнь. Оно светит, греет, даёт нам возможность общаться на огромных расстояниях друг от друга. Электрический ток приводит в действие самые различные приборы. Поэтому если представить, что однажды электричество может исчезнуть одновременно на всей планете, жизнь человека резко изменит свое направление. Мы уже не можем обходиться без электрического тока, ведь он питает и заставляет работать практически все механизмы и приборы, придуманные человеком.

В результате моей работы я выяснила, что возможно использование овощей и фруктов в качестве химических источников электрической энергии.

Познакомившись с учебной литературой, сайтами в интернете я узнала для себя очень много новой информации, которая пригодится в жизни. Также в процессе работы над проектом я открыла новые знания об электрической энергии, изучили историю и виды батареек.

В ходе исследований доказала, что можно получить электрическую энергию химическим путём. Для этого я использовала вкусные и полезные фрукты и овощи. В них содержится сок, который служит электролитом. Исследования показали, что лучшими источниками электрического напряжения являются яблоко, лимон и картофель. Такие батарейки могут использоваться для работы приборов с низким потреблением энергии.

Я научилась определять напряжение «зелёного электричества». Мне очень понравилось ставить эксперименты, оценивать получившиеся результаты. Хотя не всегда эксперимент удаётся сразу. Например, мне не удалось зажечь светодиодную лампочку сразу. Главное, мне стало понятно, что чем больше мы включаем в цепь последовательно элементов, тем больше получается электрическое напряжение. И значит, что мощность нашей батарейки зависит только от количества овощей. Мне же удалось получить самое большее – 4,90 Вольта от 4 картофелей, разрезанных пополам.

Также я провела анкетирование. Мне отвечали одноклассники (27 человек) и родители (20 человек). В ходе исследования выяснила, что далеко не все знают, что овощи и фрукты могут заменить батарейку.

Мне бы очень хотелось, чтобы учёные не останавливались и изобрели батарейкииз экологически чистого материала, помогающие сохранить окружающую среду. Так как обычные батарейки при неправильной утилизации очень долго разлагаются. И каждый из нас должен понимать, что кроме нас никто не сможет сберечь нашу Землю от экологической катастрофы.

По результатам исследования мы разработали памятку (буклет), которую рекомендуем для учащихся и родителей. (Приложение 9, стр.25)

Список использованных источников

1. Ефремова Т.Ф. Современный толковый словарь русского языка в 3т. – М.: Астрель, 2000.

2. Лаврус В.С. Батарейки и аккумуляторы, выпуск 1. 1995.

3. Ожегов С.И. Словарь русского языка: 70 000 слов и фразеологических выражений. — 22-е изд. М.: Русский язык, 1990. — 921 с.

4. Перышкин А.В. 8 класс. - М.: Дрофа. 2012.

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/

6. https://rk37.ru/articles/2023/02/19/istoriya_odnoy_batareyki

7. https://www.1tv.ru/news/2010-07-30/141558-izrailskie_uchenye_predlagayut_zamenit_batareyki_obychnoy_kartoshkoy

Приложение 1

Луиджи Гальвани, Опыт с лягушкой 1780г.

(итальянский врач)

Алессандро Вольта Вольтов столб 1800г.

(итальянский физик)

Василий Петров Батарея 1803г.

(русский физик)

Приложение 2

Солевые Щелочные (алкалиновые)

Серебряные Литиевые

Ртутные

Приложение 3

Таблица 1. Классификация батареек

Приложение 4

Израиль, элемент питания из вареного картофеля

Самая мощная фруктовая батарейка из 2923 лимонов, напряжение 2307,7 В.

Приложение 5

Приложение 6

Таблица 2. Результаты измерения напряжения овощей и фруктов

Название	Напряжение, В
Яблоко	0,75
Лимон	0,59
Апельсин	0,57
Половина огурца	0,57
Банан	0,50
Чеснок	0,33
Картофель	0,22
Лук	0,22
Огурец	0,16
Хурма	0,00

Диаграмма 1.

Приложение 7

Приложение 8

Диаграмма 2

Диаграмма 3

Диаграмма 4

Приложение 9