V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Альтернативные источники энергии: Электричество из фруктов и овощей
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Глава 1
Введение
По тропинкам я бегу,
Без тропинки не могу.
Где меня, ребята, нет,
Не зажжется в доме свет.
Электричество
Моя работа посвящена необычным источникам энергии. Она появилась благодаря увлечению книгами и желанием мастерить поделки. Впервые о нетрадиционном использовании фруктов я прочитала в книге Николая Носова.
По замыслу писателя, Коротышки Винтик и Шпунтик, жившие в Цветочном городе, создали автомобиль, работающий на газировке с сиропом. Когда на школьную выставку нужно было сделать поделку из овощей и фруктов, мы решили смастерить корабль из кабачка. И у нас получилось!
И тогда я подумала, а вдруг овощи и фрукты хранят какие-нибудь секреты. Мне очень захотелось узнать как можно больше о необычных свойствах овощей и фруктов.
Цель исследовательской работы.
Проверить, являются ли фрукты и овощи источником тока.
Задачи исследовательской работы.
1.Изучение теоретических основ связи электричества и растений
2. Проведение экспериментов по получению тока и наблюдение за ним у различных овощей и фруктов
В своем исследовании я использовала книги, энциклопедии, информацию из Интернета и, конечно же, меня поддерживали родители. Мы провели много экспериментов, наблюдали, измеряли, фотографировали.
Ученые утверждают, что если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи лимонов. Это открытие было сделано еще 200 лет назад итальянским физиком Александром Вольта, в 1800 году он изобрел первую фруктовую батарейку. Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый источник энергии стал прародителем всех нынешних батареек.
Но я не привыкла верить всем на слово, поэтому решила проверить лично – правда это или нет.
Я планирую выяснить, сколько лимонов потребуется для работы бытовых электроприборов. А может быть другие фрукты и даже овощи могут служить источником энергии? Проверим.
Наверное, было бы здорово, если бы по нашим улицам ездили автомобили, работающие на фруктовом соке!
Глава 2
Изучение литературы по теме «Электричество в растениях»
В последнее время человечество сталкивается с дефицитом энергоресурсов. Истощение запасов нефти и газа заставляет ученых искать новые источники энергии, к числу которых причисляют и растения.
Солнце является очень мощным источником энергии. Люди всегда стараются использовать его для выработки электричества, утепления домов, нагревания воды и так далее.
Только растения "придумали", как использовать солнечную энергию еще миллионы лет назад, потому что это было нужно для их выживания. Для роста и развития растения получают все необходимые вещества из окружающей среды: углекислый газ - из воздуха, воду и питательные вещества - из почвы. Также они нуждаются в энергии, которую получают из солнечных лучей. Эта энергия запускает определенные химические реакции, во время которых углекислый газ и вода превращаются в глюкозу (питание) и кислород. Этот процесс называется – фотосинтезом.
В 1845 Р.Майер пришел к выводу, что при фотосинтезе световая энергия переходит в химическую энергию, запасаемую в растениях.
В 1875 году в книге «О насекомоядных растениях» Чарльз Дарвин предположил, что электрические явления имеют место и в листьях насекомоядных растений, обладающих довольно сильно выраженной способностью к движению.
По его просьбе эксперименты с венериной мухоловкой были проведены в 1875 году физиологом Оксфордского университета Бурданом Сандерсоном.
Подсоединив лист этого растения к гальванометру, ученый отметил, что стрелка тотчас же отклонилась. Значит, в живом листе этого насекомоядного растения возникают электрические импульсы. Когда исследователь вызвал раздражение листьев, прикоснувшись к расположенным на их поверхности щетинкам, стрелка гальванометра отклонилась в противоположную сторону.
Немецкий физиолог Герман Мунк, продолживший опыты Сандерсона, в 1876 году пришел к заключению, что листья венериной мухоловки в электромоторном отношении подобны нервам, мускулам и электрическим органам некоторых животных.
В 1972 году ученый М.Кальвин выдвинул идею создания фотоэлемента, в котором в качестве источника электрического тока служил бы хлорофилл.
Кальвин использовал в качестве проводника, контактирующего с хлорофиллом, оксид цинка. При освещении этой системы в ней возникал электрический ток плотностью 0,1 микроампера на квадратный сантиметр.
В Японии проводятся исследования по преобразованию солнечной энергии в электрическую с помощью цианобактерий, выращенных в питательных средах.
Эксперименты продолжаются и по сей день в разных странах, в том числе и в России.
Данные исследований лаборатории молекулярной биологии и биофизической химии МГУ по созданию мембран показали, что живая клетка, запасая электрическую энергию в митохондриях, использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры...
С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит, движется (как это делают листочки всем известной мимозы-недотроги), растет.
На сегодняшний день точно установлено: собственной «электростанцией» обладает каждая живая клетка.
Глава 3
Проведение исследования
Исследование токов в овощах и фруктах.
Инструменты и материалы:
Мультиметр
скрепки канцелярские
светодиод 3В
провод
картофель 14 шт.
лимоны 3 шт.
апельсин 1 шт.
киви 1 шт.
яблоко 1 шт.
огурец 1 шт.
лук 2 шт.
Эксперимент №1. Ток в различных овощах и фруктах.
Взяли мультиметр, овощи и фрукты.
Оба электрода, отведенных к мультиметру, ввели в мякоть и измерили напряжение.
Результаты измерений поместили в таблицу.
|
№п/п |
Объект испытания |
Разность потенциалов |
|
1 |
Лук |
16,6 мВ |
|
2 |
Лимон |
65,4 мВ |
|
3 |
Киви |
20,7 мВ |
|
4 |
Картофель |
36,3 мВ |
|
5 |
Яблоко |
35,7 мВ |
|
6 |
Огурец |
23,6 мВ |
|
7 |
Апельсин |
28,8 мВ |
Самое высокое напряжение оказалось в лимоне 65,4мВ; самое низкое в луке 16мВ.
Эксперимент №2: Батарейка из лимонов.
За основу нашей батарейки взяли лимоны, т. к. в них зафиксировали самое высокое напряжение.
Итак, взяли 3 лимона. В каждый лимон воткнули канцелярскую скрепку. Провод разрезали на много небольших частей и зачистили их с двух сторон до медной жилы. Один конец провода прикрутили к скрепке, другой ввели в мякоть следующего лимона. Соединили лимоны в цепь.
Измерили напряжение мультиметром. Получилось - 1,3В. Этого не достаточно для того чтобы зажечь диод 3В или лампочку 3,5В.
У нас было только 3 лимона. Поэтому мы оставили затею с батарейкой из лимонов.
Переключатель на В Переключатель на мВ
В сумме 1,333В.
Эксперимент №3: Батарейка из картофеля.
Картофель есть в каждом доме. У нас его достаточно, поэтому начали мы с 7 штук. Также как и в эксперименте с лимонами взяли картофель и в каждый клубень воткнули канцелярскую скрепку. Провод разрезали на много небольших частей и зачистили их с двух сторон до медной жилы. Один конец провода прикрутили к скрепке, другой ввели в мякоть следующего клубня. Соединили клубни картофеля в цепь. Измерили напряжение мультиметром. Получилось 1,5В. Маловато! Ведь нам нужно 3В.
Переключатель на В Переключатель на мВ
В сумме 1,515В
Мы не сдаемся и добавляем еще 4 клубня картофеля. Получается напряжение - 2,04В. Но и этого не достаточно.
Добавляем еще 3 клубня картофеля. Получается - 2,99 В. Еще чуть-чуть не хватает!
Решено добавить луковицу. Получается -3,18В. Хватает, чтоб зажечь диод. Но диод почему- то не загорается. Значит напряжение недостаточное.
Добавляем еще одну луковицу. Получается - 3,4В. Интересно, достаточно ли напряжения в этот раз?
Ура!!!! Наш светодиод загорелся!!!!
В итоге у нас получилась картофельно-луковая батарейка. Получается, что напряжение в цепи должно быть больше напряжения ,от которого будет светиться диод.
Глава 4
Заключение.
Работа, которой я занималась, показалась мне очень интересной. Проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о возможности создания альтернативных источников электричества из фруктов и овощей.
Такие источники могут использоваться для работы приборов с низким потреблением энергии.
Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками электрического тока являются лимон, картофель, лук репчатый.
Я убедилась в том, что физика наука экспериментальная. Я училась делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперименты, делать выводы.
Мне очень понравилось ставить эксперименты самой и оценивать получившийся результат.
Я заметила, что эксперимент не всегда удается, хотя теоретически так должно быть. Например, мне не удалось зажечь диод при напряжении цепи 3,18В, но я не сдалась добилась результата. Светодиод загорелся при 3,4В.
А вообще, порой и не представляешь, сколько интересного происходит вокруг тебя. Нужно только оглянуться, обратить внимание, а затем провести исследование и ответить на интересующие вопросы.
Дальше я планирую продолжить работу по изучению наличия электричества во фруктах и овощах. Хочу узнать, изменяется ли оно в зависимости от сроков их хранения.
Список литературы
http://livescience.ru/Статьи:Фруктовые-батарейки
http://www.valleyflora.ru/16.html
http://fb.ru/article/222211/fotosintez---chto-takoe-stadii-fotosinteza-usloviya-fotosinteza
Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1991, с.336
Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. - М.: Наука, 1986, с. 144
Красновский А.А. Преобразование энергии света при фотосинтезе – Саранск, 1987, с.223
Энциклопедия «Что такое? Кто такой?» Т. 3. – М.: Педагогика, 1978, с.543
Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика: Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: АСТ, 1996, с.613