XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Батарейка своими руками
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Современную жизнь невозможно представить без источников питания и электричества. Мы знаем, что для работы плейера, мобильного телефона, наушников, часов или электрических игрушек нужен источник электрической энергии. В основном в таких устройствах источник энергии – это батарейка. В век высоких технологий создано много различных батареек. Существуют батарейки различных форматов и размеров. В каждом доме найдутся предметы и игрушки, работающие на батарейках. Это очень удобно. Не надо подключать провода к розетке. Батарейки стали неотъемлемой частью нашей жизни. Получаемая от батареек электроэнергия при правильном использовании является самым экологически чистым источником энергии.
Батарейка-что это за устройство, из чего она состоит, можно ли заменить источник электрической энергии и, можно ли самому изготовить источник питания в домашних условиях? Данная тема стала мне очень интересна, и я решил посвятить проект изготовлению источников энергии. В прошлом году я задумался над тем, можно ли из подручных материалов сделать источники тока в случае отсутствия электричества и появилась благодаря увлечению игрушками, работающими на батарейках.
Первая моя работа была посвящена источникам тока, изготовленным из фруктов и овощей, а в этом году я решил продолжить изучение темы источников питания и попробовать изготовить батарейку, более-менее приближенную к настоящим батарейкам, в которых используется электролит (различные жидкости).
Тема моего проекта: «Батарейки – своими руками».
Цель проекта: продолжить изучать устройство и работу батареек, изготовить в домашних условиях экологически безопасный источник питания из подручных материалов.
Задачи:
1.Изучить информацию об элементах питания.
2.Рассмотреть устройство и работу батареек.
3.Изготовить в домашних условиях батарейки.
4.Провести анкетирование среди друзей по использованию батареек в бытовых условиях.
Объект исследования: батарейки, подручный материал для изготовления батареек, «электролит» (жидкости).
Гипотеза: предположим, что батарейки возможно изготовить в домашних условиях и они будут использоваться нашей семьей в быту.
Предмет исследования: электрический ток, полученный из батареек, сделанных своими руками.
Методы исследования: эксперимент, наблюдение, анкетирование, анализирование изученного материала по теме.
Этапы исследования: теоретический, практический, аналитический.
ГЛАВА I
Работая над прошлым проектом, я выяснил, что электрический ток - упорядоченное, направленное движение заряженных частиц. Для того, чтобы получить электрический ток в проводнике и поддерживать его длительное время, нужен источник электрического тока. Источники тока бывают различные, но в любом из них из них происходит работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой – отрицательно.
В источниках тока происходит превращение механической, внутренней, химической энергии в электрическую. Наиболее распространенные источники тока - химические, например, гальванический элемент.
История изобретения химических источников началась довольно давно.
Одним из первых людей, занимавшихся этим вопросом, стал профессор анатомии и физиологии Болонского университета Луиджи Гальвани, он выдвигал «животную» теорию возникновения электричества (приложение 1, рис.1).
Опытами Гальвани заинтересовался его соотечественник, физик Алессандро Вольта. Вместо теории «животного электричества» он выдвинул теорию «металлического электричества».
Вольта доказал, что разные металлы, соединенные через проводящий электролит (прокладки в кислоте), дают электрический ток.
В 1800 г. Вольта изготовил первую гальваническую батарею - Вольтов столб. Изобретение Вольтова столба - первого источника постоянного тока - имело огромное значение для развития учения об электричестве и магнетизме (приложение 1, рис.2). В честь Вольта единица напряжения тока и названа Вольтом. А в честь Гальвани, хоть он и ошибался, все источники электричества, подобные описанному, стали называть гальваническими элементами.
В повседневной жизни наиболее часто встречающимся источником электричества является батарейка-небольшое устройство, которое может быть использована для обеспечения энергией переносных устройств, различных приборов, детских игрушек и т. п. Все батарейки работают по одному принципу.
Любая батарея состоит из трёх основных элементов – двух электродов, называемых анодом и катодом, и электролита, находящегося между ними (приложение 1, рис.3). В батарейках создается электрический заряд в результате реакции между двумя химическими веществами, в ходе которой электроны передаются от одного из них другому. Цинк – отрицательный полюс. А медь – положительный полюс. Когда в цепи есть светодиод, то электрический ток вызывает его свечение (приложение 1, рис.4).
Таким образом, при подготовке к практической части проекта, я изучил материалы по данной тематике для более лучшего понимая процесса появления электрического тока.
ГЛАВА II
Самая первая батарейка, изобретенная 200 лет назад, работала на основе фруктового сока. Алессандро Вольта в 1800 году собрал простое устройство из 2 металлических пластин: цинк и медь и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком.
Меня заинтересовали данные факты, а также и то, что у меня есть автомобили, которые ездят на солевых батарейках. Я решил в домашних условиях изготовить источники питания с использованием в качестве электролита различных жидкостей и, что это сделать не сложно.
Для изготовления батарейки я использовал (приложение 1, рис.5):
- алюминиевые банки, графитовые стержни, измельченный уголь, пенопласт, воду, соль, лимонную кислоту, провода, парафин, пластиковые стаканчики, провода, металлические пластины.
Практическим путем я хотел выяснить какое напряжение будут давать собранные мною батарейки. Для измерения напряжения я пользовался мультиметром.
Для того что бы все «комплектующие» батарейки поместились в нее, надо срезать верхнюю крышку банки. Во время проведения опыта в каждую металлическую банку на дно я положил пенопластовый кружочек, что бы графитовый стержень не касался стенок банки и не было замыкания. Потом в каждую банку я насыпал угля и налил солевой раствор в одну батарейку и раствор лимонной кислоты-в другую. Солевой раствор в батарейке служит электролитом. Чтобы электролит не выливался сверху батарейку залил расплавленным воском. Подождал некоторое время, чтобы застыл воск и в батарейке начались химические процессы, с помощью мультиметра измерили напряжение между «+» и «-» (приложение 1, рис.6). Результаты измерений занесли в таблицу Приложение 2.
После изготовления батареек из банок я решил проверить какое напряжение будут давать источники питания на основе разных жидкостей-солевом, растворе лимонной кислоты, напитке «Кока-кола» и воде. Я взял пластиковые стаканчики, две металлические пластины-медную и оцинкованную, растворы разных жидкостей. В стаканчики налил жидкости, поместил две пластины в стаканчики друг напротив друга (приложение 1, рис.7).
Измерил напряжение и результаты всех измерений внес в таблицу Приложение 2.
Для проверки работы нашей батарейки к выводам я подключил светодиод. Но, светодиод не загорелся, не хватало напряжения. Для увеличения напряжения мы последовательно соединили несколько наших батареек и светодиод загорелся (приложение 1, рис.8).
Так, как батарейки являются маломощными источниками питания, то при подключении нагрузки (светодиода) напряжение падает. Следовательно, для того чтобы работал светодиод или другое маломощное устройство, нужно последовательно соединить несколько таких батареек для получения необходимого напряжения. При последовательном соединении батареек надо всегда отрицательный контакт соединять с положительным, то есть «+» с «-». Так же к батарейкам я подключал настенные часы и калькулятор. Всё работало (приложение 1, рис. 9).
В процессе работы над проектом я выяснил, что в состав промышленных батареек входят вредные вещества, которые не безопасны для человека и окружающей среды.
Батарейки — это химические устройства, элементы которых вступают в реакцию, получая на выходе электричество, которым мы и пользуемся.
С другой стороны, материалы, из которых сделана батарейка, это ценный ресурс: существуют технологии, которые позволяют извлечь из использованной батарейки все металлы и заново пустить их в дело – использовать в металлургии или для производства новых батареек.
Со своими одноклассниками я провел небольшое анкетирование о батарейках. В анкетировании приняло участие 25 человек. Результаты опроса в Приложении 3.
Экспериментальным путем я смог изготовить батарейку в домашних условиях из подручных материалов, которые смогут заменить заводские источники питания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе работы над проектом я изучил необходимую литературу, строение элементов питания, научился самостоятельно изготавливать батарейки, провёл собственные исследования по работе самодельных батареек. Я научился проводить эксперименты, анализировать и сравнивать полученные в ходе экспериментов результаты, определять напряжение внутри батарейки.
В результате проведенной работы я выяснил, что любую бытовую батарейку можно заменить источником питания, изготовленного из подручных материалов.
Цель моего исследования достигнута: я получил электрический ток при помощи изготовленных самодельных батареек. Мне очень понравилось ставить эксперименты самому.
Гипотеза исследования подтвердилась: батарейки можно изготовить самому и их можно использовать как альтернативу источникам питания в домашних или походных условиях.
Надеюсь, что мое исследование будет полезно моим родным и друзьям и они воспользуются им в своей жизни.
СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ
1. Энергия «из ничего» // журнал «Юный эрудит №10, 2009г.»
2. Энциклопедия «История открытий». Издательство «Росмен», М.2008г.
3. Энциклопедический словарь юного физика. -М.: Педагогика, 1991г.
4. Перельман Я.И. Научные фокусы и загадки. Издательство АСТ Москва, 2009г.
5. Карл Снайдер. Необычная химия обычных вещей (3-е изд.), 1998г.
6. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki)
7. https://batteryk.com/vidy-batareek
8. https://studfiles.net/preview/4372766/page:4/
9. https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo
10. http://sadgora.info/promtovaru/clothes/576-istoriya-batareyek/
Приложение 1
Рисунки и фотографии
Рис.1. Опыты Л.Гальвани Рис.2. Вольтов столб.
Рис 3. Устройство батарейки Рис 4, Принцип работы батарейки
Рис 5. Комплектующие батареек
Рис 6. Изготовление батарейки
Рис.7. «Жидкостные» батарейки
Рис.8. Соединение стаканчиков с разными жидкостями (электролитм)
Рис.9. Проверка работы батареек.
Приложение 2
Таблица замеров
|
№ п/п |
Название исследуемого продукта батарейки |
Напряжение 1 батарейки, В |
Напряжение всех батареек (3 шт.), В |
|
1 |
Солевой раствор |
0,82 |
2,67 |
|
2 |
«Кока-Кола» |
0,98 |
|
|
3 |
Раствор лимонной кислоты |
0,94 |
|
|
4 |
Вода |
0,85 |
|
|
1 |
Батарейка из банок |
0,85-1,08 |
2,75 |
Приложение 3
Анкета.
В опросе приняло участие 25 человек
-
Вопросы
Ответы
Пользуетесь ли вы батарейками?
Да
25
Нет
0
Какими батарейками вы чаще всего пользуетесь?
Аккумуляторными (перезаряжающимися)
16
Обычными (пальчиковые, мизинчиковые,
плоские и тп.)
9
Знаете ли вы, из каких частей состоят батарейки?
Да
5
Нет
20