V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (ПРИРОДНО – ОГОРОДНЫЕ БАТАРЕЙКИ)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ионов И.Г. 1

---

1АНОО "Ломоносовская школа - Зеленый мыс"

Ионова О.Н. 1

---

1АНОО "Ломоносовская школа - Зеленый мыс"

Работа в формате PDF

400.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Во второй четверти 2017-2018 учебного года в нашей школе проходила акция «Сдай батарейку – спаси ежика». Наш класс собрал 23 кг отработанных батареек. Мы узнали, что батарейки очень загрязняют природу. Но всем нам необходимы источники энергии. Я задумался о том, какие батарейки не нанесут вреда окружающей среде? Поэтому, целью работы стало: исследование эффективности альтернативных источников энергии (природно-огородных батареек).

Задачи:

Изучить принцип работы батарейки.

Провести исследования и измерения напряжения, вырабатываемых различными овощами и фруктами, в разных условиях.

Провести эксперимент по созданию наиболее эффективного природно-огородного источника электроэнергии.

Найти практическое применение результатам исследования.

Объект исследования: альтернативные источники электроэнергии.

Предмет исследования: фрукты и овощи.

Гипотеза исследования: возможное использование фруктово-овощных батареек в некоторых бытовых приборах и устройствах позволит уменьшить вред, наносимый окружающей среде утилизацией обычных батареек.

Актуальность: Необходимость поиска и исследования новых экологически безопасных источников электроэнергии.

Методы исследования:

Интервьюирование;

Изучение и анализ информации по теме исследования;

Измерения;

Сравнения;

Наблюдение;

Информирование.

Глава 1. Фруктово-овощные гальванические элементы и электрические цепи. Основные понятия

Гальванические элементы: батарейки и аккумуляторы представляют собой химический источник электрического тока.

В батарейке есть два электрода (металла) – положительный (анод) и отрицательный (катод). Между ними – электролит: вещество, которое хорошо проводит электрический ток и участвует в химической реакции. Когда металлы начинают взаимодействовать через это вещество, возникает движение заряженных частиц из анода к катоду – вырабатывается электрическая энергия.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника и приемника электрической энергии соединенных проводами.

Основной характеристикой батарейки является напряжение, т.е. сила, с которой перемещается заряженная частица. Единица напряжения названа вольтом (В). Что бы измерить напряжение в схеме, нужно подключить вольтметр (мультиметр).

При последовательном соединении батареек напряжение в электрической цепи увеличивается.

Фрукты и овощи становятся гальваническими элементами, если в плод вставить электроды (медную и цинковую пластины). Свойства этих металлов таковы, что медная пластина – положительно заряжена (анод), цинковая пластина – отрицательно заряжена (катод), а сам фрукт или овощ в этом случае служит электролитом, т.е. веществом, которое позволяет вступить в реакцию металлам, что приводит к появлению электрического тока.

Глава 2. Опыты и эксперименты. Создание эффективного источника электроэнергии

Изучая литературу [1], мы узнали, что овощи и фрукты могут служить электролитами гальванических элементов. Но мы решили провести ряд опытов и экспериментов, что найти наиболее эффективный и экономически выгодный природно-огородный источник электроэнергии.

Для поиска наиболее эффективного природного источника электроэнергии нами были взяты овощи: картофель, свекла, морковь, капуста, перец, помидор, лук. И фрукты: разные яблоки, банан, апельсин, лимон, мандарин. Таким образом были выбраны экономически выгодные, то есть не дорогие овощи и фрукты.

Для проведения исследований мы собрали простейшую электрическую цепь, в которой фрукт или овощ служит гальваническим элементом.

Фото 1 и 2. Проведение опытов и экспериментов

Для поиска наиболее эффективного способа получения электроэнергии были проведены эксперименты с иглами и медной и цинковой пластиной, которые вставляются в фрукт или овощ. В этой цепи при помощи мультиметра измеряется напряжение. Естественно, что разные фрукты и овощи дают различные показания.

Таблица 1. Первая серия опытов

В Таблице 1 приведены показания мультиметра (вольтметра) при использовании игл. Лидером стало красное яблоко, которое дает напряжение 71 милливольт. Меньше всех – свекла – 23 мВ.

Но становится очевидным, что использование игл – неэффективно, т.к. вырабатывается слишком низкое напряжение, недостаточное для того, чтобы обеспечить работы какого-либо прибора или устройства.

Поэтому была проведена вторая серия опытов: с использовнаием цинковой и медной пластинок.

Таблица 2. Вторая серия опытов

В таблице 2 – показания вольтметра при использовании цинковой и медной пластин. Напряжение стало значительно выше, примерно в 14-17 раз, в зависимости от фрукта или овоща. По-прежнему, лидер – красное яблоко и напряжение более 1000 милливольт, т.е. 1 вольт. Интересно, что неплохие показатели мы дает использование кожуры банана, что говорит о том, что для получения электроэнергии можно использовать не только плоды, но и отходы. Основное внимание – картофель. Конечно, его показатели не такие высокие, как у яблока, но с учетом того, что он растет у бабушки на огороде совершенно бесплатно, его использование экономически более выгодно, чем яблоко.

Интересно то, что если тестировать сочный фрукт или овощ (апельсин, лимон, помидор), то с течением времени напряжение уменьшается, а если плотный (картофель, яблоко) - то напряжение растет.

Проведенные опыты и эксперименты показали, что наиболее эффективным фруктово-овощным гальваническим элементом является красное яблоко, в котором в качестве электродов используются медная и цинковая пластины.

Но экономически целесообразно использовать картофель, т.к. если соединить последовательно две картофелины с медными и цинковыми электродами, то мы получим напряжение в два раза больше, т.е. 1.6 – 1.7 В и это выше, чем напряжение батарейки!

Глава 3. Практическое применение результатов исследования

В быту мы часто используем электрические приборы, к которым подключаются батарейки, имеющие напряжение 1.5 В. В ходе исследования нами было установлено, что гальванический элемент, состоящий из двух картофелин, соединенных последовательно, с цинковыми и медными электродами, вырабатывают напряжение не менее 1.6 В. Поэтому, мы можем использовать такой гальванический элемент вместо обычных батареек, что принесет несомненную пользу экологическому состоянию окружающей среды, т.к. установлено, что неправильная утилизация только всего лишь одной-единственной использованной пальчиковой батарейки, которую выбросили в лесу или парке, способна загрязнить тяжелыми металлами около 20 м² территории, на которой, по расчетам не вырастут 2 дерева, не смогут жить и развиваться несколько тысяч дождевых червей, благодаря которым земля становится плодородной, не смогут существовать несколько семей кротов и ежей. [3].

Поэтому, в тех устройствах, где используется одна батарейка, целесообразно заменить ее фруктово-овощным гальваническим элементом. Например, в электронных часах, домашней метеостанции, бытовых электронных весах и других.

Мы провели эксперимент и собрали электронные часы с жидкокристаллическим циферблатом. Гальваническим элементом служили две картофелины. Такие часы проработали у нас дома около месяца.

Таким образом, гипотеза нашего исследования нашла свое подтверждение.

Выводы и результаты

Работа позволила нам сделать много интересных выводов, в том числе опровергнуть информацию источников сети Интернет.

Все из испытанных фруктов и овощей могут быть гальваническими элементами (батарейками).

Самый эффективный овощной источник электроэнергии – перец (источники сети Интернет утверждают, что картофель[2]), а самой лучшей фруктовой батарейкой является яблоко.

Самый экономически выгодный источник электроэнергии – картофель, он растет у бабушки на огороде бесплатно, поэтому именно он является для нас БЕСЦЕННЫМ.

Наиболее эффективный способ получения электроэнергии – использование цинковой и медной пластинок.

Во время проведения акции «Сдай батарейку – спаси ежика», наш класс собрал 23 кг отработанных батареек, но я предлагаю не собирать использованные батарейки, а использовать картофельные батарейки.

Последовательное соединение двух и более фруктово-овощных гальванических элементов соответственно в два и более раз увеличивают напряжение в цепи.

Источники сети Интернет утверждают, что чем кислее фрукт [2], тем выше напряжение. Мои опыты показали, что это не так. Так напряжение, вырабатываемое яблоком – выше, чем напряжение лимона.

Интересно, что красное яблоко стало абсолютным рекордсменом и дало напряжение большее, чем желтое и зеленое яблоки. Что еще раз подтверждает, что от кислоты фрукта напряжение не зависит.

Помимо этого, утверждается, что свекла не может служить гальваническим элементом [3]. Мои опыты опровергли это утверждение.

Напряжение не зависит от плотности и целостности продукта, т.к. напряжение капусты примерно равно напряжению свеклы.

Теперь мы дома активно используем изученный мной природно-огородный экологически безопасный источник электроэнергии.

Информационные источники и литература:

Старт в науке. Научный журнал для школьников ISSN 2542-0186

http://fb.ru/article/368987/vred-ot-batareek-dlya-okrujayuschey-sredyi

http://naukaveselo.ru/batareyka-iz-kartoshki.html