Введение
В современном мире гаджетов и электроники невозможно обойтись без источников тока. Они используются в мобильных телефонах и ноутбуках, в космических кораблях и ракетах, а также в часах и детских игрушках. Каждый день мы сталкиваемся с батарейками и аккумуляторами.
С давних времен ученые всего мира исследовали альтернативные источники энергии. Например, в 1800 году Алессандро Вольта сделал открытие, собрав устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной соком лимона. Это был элемент Вольта – самая первая батарейка, которая работала на основе фруктового сока.
Индийские ученые в настоящее время работают над созданием необычных батареек для мелкой бытовой техники. Внутри таких необычных батареек паста из переработанных бананов или апельсиновых корок. Четыре «необычные» батарейки могут запустить настенные часы или карманный калькулятор.
Мне стало интересно, какие секреты хранят в себе фрукты и овощи, и как из них сделать батарейку, которая будет давать электрический ток. Я стал искать и изучать литературу по данному вопросу. Оказалось, фрукты и овощи относятся к химическим источникам тока. Используя сок, содержащийся в любом фрукте или овоще, как электролит, можно заставить работать небольшие электронные часы или зажечь лампочку.
Моя работа называется «Фрукты и овощи – батарейки будущего».
Тема моей работы в настоящее время актуальна, так как человечество уже не может существовать без электрической энергии, в связи с этим перед нами стоит вопрос поиска биологических источников энергии, которые будут более безопасными и менее затратными.
Цель моего исследования: создать батарейку из фруктов и овощей для получения электрического тока.
Объект исследования – фруктовые и овощные батарейки
Предмет исследования – электрический ток, полученный из овощей и фруктов.
Задачи исследования:
Познакомиться с принципом работы батарейки.
Создать фруктовую и овощную батарейку.
Экспериментально определить напряжение таких батареек.
Изучить возможность практического применения полученной батарейки.
Методы исследования:
- изучение литературы и интернет - ресурсов по теме исследования;
- анкетирование;
- проведение исследований и экспериментов;
- анализ, сравнение и обобщение полученной информации
Гипотеза: фрукты и овощи являются источником электрического тока и из них можно сделать батарейку.
II. Основная часть
Как работает батарейка
Для начала разберёмся, что такое электрический ток. Электрический ток — это движение электрически заряженных частиц. Я решил узнать, как устроена обычная батарейка. Вместе с научным руководителем, Ольгой Вадимовной, мы пошли в кабинет физики к учителю Ольге Михайловне, которая мне рассказала, что любая батарейка - это ничто иное, как две металлические пластины, помещённые в специальное химическое вещество – электролит. Одна пластина подключена к выводу « + », а другая к выводу « - ». В электролите протекает реакция, в ходе которой выделяется энергия в виде электрического тока. При этом расходуются исходные вещества. Чем меньше их остается – тем тяжелее батарейке поддерживать нужное напряжение между пластинами. Батарейка «садится». Такое слово используют, чтобы показать, что батарейка расходует свою энергию. Так человек, когда начинает уставать, стремится куда-нибудь присесть. Когда батарейка истратит всю энергию, то перестанет работать, больше не сможет делать электрический ток.
Некоторые батарейки предназначены для одноразового использования, другие можно перезаряжать. Батарейки бывают разнообразной формы и размеров. Некоторые – маленькие, как таблетка. Некоторые – величиной с холодильник. Но все они работают по одному принципу. В них создаётся электрический заряд в результате реакции между двумя химическими веществами, в ходе которой электроны передаются от одного из них другому.
В качестве электродов цинк (оцинкованная пластинка) и медь (медная проволочка), а электролит – раствор солей и кислот. Два металла погружённые в раствор вступают в химическую реакцию и вырабатывается электрический ток.
История изобретения батарейки
У обычной, «одноразовой» батарейки есть и другое название – «гальванический элемент». Оно дано в честь итальянского учёного Луиджи Гальвани из Болоньи. Ещё в 1791 году он совершенно случайно изобрёл первый источник электрического тока. Явление возникновения и протекания тока было о бнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки.
Гальвани подумал, что это электричество есть в теле самой лягушки. И назвал это явление «животным электричеством».
Опыты Гальвани, но с большей точностью повторил другой итальянский учёный - Алессандро Вольта. 200 лет назад он сформулировал главную идею изобретения: появление электричества объясняется взаимодействием двух различных металлов, между которыми образуется с помощью проводника
( им и оказывалось в опытах Гальвани тело лягушки) химическая реакция.
После множества опытов с разными металлами Вольта сконструировал столб из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной
кислоты.
Цинк, медь и войлок он накладывал друг на друга в таком
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 положи-
тельным, а на верхнем — отрицательным электричеством.
Нам даже известен «день рождения батарейки» - 20 марта 1800 года.
Для самых любознательных
Современные батарейки устроены, конечно, немного иначе – в них уже нет ни металлических дисков, ни войлочных пластинок, пропитанных раствором кислоты. Но принцип тот же – батарейка содержит в себе химические вещества- реагенты, в состав которых входят два разных металла. В батарейке есть два электрода – положительный (анод) и отрицательный (катод). Между ними – жидкость-электролит: раствор, который хорошо проводит электрический ток и участвует в химической реакции. Когда металлы начинают взаимодействовать через этот раствор, возникает движение заряженных частиц из анода (+) к катоду (-) – и вырабатывается электрическая энергия.
Я провел опрос среди учащихся моего класса, с целью выяснения, знают ли ребята, как устроена батарейка и можно ли сделать батарейку своими руками при помощи фруктов и овощей:
Что содержится в батарейке?
Существуют ли фруктовые и овощные батарейки?
По результатам опроса я могу сделать вывод, что некоторые ребята знают, что содержится внутри батарейки и как она работает. А про фруктовую и овощную батарейку многие ребята не слышали (Приложение 1).
Фруктовый и овощной сок по своему составу представляет собой слабую кислоту, поэтому если вставить во фрукт или овощ 2 электрода: один медный - другой цинковый, то между электродами потечёт слабый ток, достаточный для питания часов. Я решил проверить это лично, конечно с помощью дедушки (ведь электрический ток – источник повышенной опасности!) – правда это или нет.
Эксперимент по созданию батареек
Для создания батарейки нам понадобились следующие материалы:
цинковые пластины,
медная проволока,
фрукты и овощи,
мультиметр - прибор для измерения силы тока и напряжения.
В самодельном гальваническом элементе цинковая пластина действует как отрицательный электрод, а медная проволочка – как положительный. Электролитом (жидкость проводящая ток) является сок фруктов и овощей.
Мною были сделаны гальванические элементы из различных овощей и фруктов: лимон, яблоко, апельсин, киви, картофель, лук, свёкла. В каждом элементе был сделан замер напряжения с помощью мультиметра (Приложение 2).
В результате измерений оказалось, что практически все эти фрукты и овощи дают достаточно высокое напряжение, за исключением лук и свёкла. Самым же неожиданным оказалось, что обычная картошка тоже дает достаточно высокое напряжение. Нас удивило, что фрукты и даже овощи дают электричество! Ведь обычная пальчиковая батарейка, от которой работают часы даёт 1,5 Вольта!
Результаты измерений мы занесли в таблицу (Приложение 3).
Итак, гипотеза нашла своё подтверждение: фрукты и овощи являются источником электрического тока.
Практическое использование батареек
Но будет ли гореть лампочка, если питать её от фруктового или овощного источника? Я решил попробовать использовать полученное электричество. Конечно, каждый из этих элементов мало на что способен, поэтому я решил соединить несколько гальванических элементов в батарею, т.е. в цепь. Например, можно зажечь лампочку, для этого достаточно напряжение в 3 V, что в результате моих измерений соответствует картофелине, яблоку, лимону, луку, свёкле.
Изготовление цепи:
Для увеличения напряжения я соединили последовательно несколько фруктов и овощей, создавая необходимое напряжение.
Шаг 1. Взял лимон, с одной стороны воткнул оцинкованную пластину, с другой – медную проволоку.
Шаг 2. Присоединил к лимону при помощи этой проволоки лук с одной стороны, а с другой – воткнул оцинкованную пластину.
Шаг 3. Аналогичным образом подсоединил остальные элементы лук-свёкла-картофель-яблоко.
Шаг 4. К яблоку с другой стороны добавил медную проволочку.
Далее я обнаружил в цепи нужное мне электричество - 3,05 V! (Приложение 4)
Но, проведя опыт с лампочкой (3 V), она не загорелась, т.к. не хватило силы тока. Я, конечно был расстроен. Но потом дедушка предложил заменить лампочку на светодиод, получил долгожданный результат: он загорелся! (Приложение 5)
Гипотеза также подтвердилась: из фруктов и овощей можно сделать батарейку.
III. Заключение
Можно сделать вывод:
Фрукты действительно могут служить источником электрической энергии и из них возможно изготовить «батарейку».
В дальнейшем я всё-таки планирую выяснить, сколько потребуется фруктов и овощей для того, чтобы загорелась лампочка и заработали электронные часы. Я думаю, что дедушка мне обязательно в этом поможет.
Работа, которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на интересовавшие меня вопросы.
Я учился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы. Научился определять напряжение внутри «вкусной» батарейки и силу тока, создаваемую ею.
Мне очень понравилось ставить эксперименты. Оценивать получившийся результат.
lV. Список использованных источников и литературы
Моя первая энциклопедия / пер. с англ. В.А.Жукова, Ю.Н.Касаткиной, Д.С.Щигеля - М, 2010
Большая книга "Почему" / пер.с итальянского О.Живаго - М, 2012
Электронный конструктор "Знаток", Бахметьев А.А. - М, 2005
Журнал. «Галилео» Наука опытным путем № 3/ 2011 г. «Лимонная батарейка»
http://htweek.ru/lessons/2015/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Батарея_(электротехника)
http://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_ток
http://2fixika.livejournal.com/2207.html
http://s017.radikal.ru/i415/1306/bd/67907be135db.jpg
http://www.bilgidemeti.com/wp-content/uploads/2011/09/alessandro-volta-188x300.jpg
http://ic.pics.livejournal.com/ecoprav/40071658/2216/2216_900.jpg
http://www.youtube.com/watch?v=h93fzflHXSU
Приложение
Приложение 1.
Опрос учащихся 3 «А» класса:
Что содержится в батарейке?
(Из 28 учащихся моего класса ответили – знают 15 человек, не знают – 13 человек)
Существуют ли фруктовые и овощные батарейки?
(Из 28 учащихся моего класса ответили – да – 9 человека, нет – 11 человек, не знаю – 8 человек).
Приложение 2.
Берём картофель, с одной стороны вставляем медную проволочку, а с другой цинковую пластину. Батарейка готова измеряем напряжение.
Подобную работу проделываем с остальными фруктами и овощами.
Приложение 3.
Обычная пальчиковая батарейка, от которой работают часы даёт 1,5 Вольта!
Результаты измерений напряжения я занес в таблицу
Напряжение, V |
|
Картофель |
0,81 |
Свёкла |
0,73 |
Лук |
0,78 |
Яблоко |
0,99 |
Лимон |
0,90 |
Апельсин |
0,86 |
Киви |
0,85 |
Помидор |
0,84 |
Огурец |
0,84 |
Груша |
0,96 |
Приложение 4.
Далее я обнаружил в цепи нужное нам электричество - 3,05 V!
Приложение 5.
Взял маленькую светодиодную лампочку. Подсоединил её к контактам цепи. Мой красненький светодиод начинает светиться! (пришлось выключить свет, чтобы лучше было видно)