Научно- исследовательская работа "Альтернативные источники энергии"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

 «Пустошенская основная школа»  155928, с Пустошь, квартал 2, дом 1

Шуйский район, Ивановская область

Научно - исследовательская работа по физике

«Альтернативные источники энергии» 

Автор работы :Суркова Устинья Павловна, ученица 9 класса МОУ Пустошенская ОШ  Руководитель : Канаичева М.В.,  учитель физики МОУ Пустошенская ОШ

2024 - 2025 уч.год

Содержание                                                                  Стр. 

1. Введение. Актуальность. Цель и задачи.               2 – 3 

II.      Альтернативные источники энергии                     3 – 15 

III.   Применение альтернативной энергетики 

 в Ивановской области                                                15 – 16    IV. Практическая часть.                                              17  - 20 

V.          Примеры применения биобатареек в мире.          20 – 21  

VI.      Заключение                                                             21

VII.   Список литературы                                               21 – 22 

I.Введение 

Актуальность работы заключается в том, ресурсы нашей планеты не безграничны. По расчетам ученых при текущем уровне добычи угля хватит приблизительно на 100 лет, нефти  - на 70 лет, а газа лет на 60.  Чтобы обеспечить достойную жизнь следующим поколениям, перед учеными  стоит      проблема   нахождения        и       разработки      новых альтернативных источников энергии. 

Альтернативная энергия — энергия, получаемая из таких устойчивых источников, как вода, солнечный свет, ветер, приливы-отливы и пр. Ее главное отличие от ископаемого топлива в том, что данные источники возобновляемые.

Когда    традиционные   источники          энергии     будут исчерпаны, новые, альтернативные  источники обеспечат человечество жизненно необходимым электричеством. Еще один огромный плюс возобновляемых источников — их безопасность       для    человека    и      окружающей      среды, практически полное отсутствие «побочных эффектов».                                

Мой проект направлен на то, чтобы показать, что добыча электричества из подручных, доступных  материалов возможна.

Цель      работы:     представить        экологически     чистый способ получения энергии  из подручных материалов. 

Задачи: 

-         Познакомиться с альтернативными источниками энергии.

-         Изучить     условия     развития    альтернативных источников энергии в Ивановской области.

-         Изготовить альтернативный источник энергии  и определить напряжение данного источника.  

Объект исследования – альтернативные источники энергии.

Предмет исследования –практическое применение альтернативных источников энергии. 

Гипотеза – можно найти экологически чистый способ получения электрический энергии.

Новизна –  расширение знаний об альтернативных источниках энергии и их использование в Ивановской области, изготовление      альтернативного         экологически чистого источника энергии из подручных средств.

Практическая значимость – материал исследования может  быть использован на уроках физики, экологии, географии.

Методы исследования – анализ научной литературы, экспериментальный метод, метод обработки результатов, метод сравнения. 

II. Альтернативные источники энергии.

Энергия Солнца – гелиоэнергетика.

Гелиоэнергетика    – направление    альтернативной энергетики,      основанное         на использовании лучистой энергии Солнца. Солнечное излучение используют   для    получения энергии, в каком либо виде – электрической,     тепловой. 

                        Ресурсы        солнечной        энергии          неограниченны, а ее

использование позволяет экономить до 75%  топлива в год.                      

Способов преобразования солнечного излучения существует множество. Оптимальным и наиболее распространенным считают метод, основанный на использовании фотоэлектрических преобразователей. 

Такие фотоэлементы объединяют в солнечные панели.                       В 80 странах мира ведется активное строительство солнечных электростанций. 

Крупнейшими производителями солнечной энергии являются Китай, который занимает лидирующую позицию, а также Индия, США, Япония и Германия. Их доля на мировом рынке составляет более 70%. В Европе солнечная энергетика также является очень активно развивающейся отраслью, особенно в странах южной части континента.                      

В России       насчитывается   свыше        40     солнечных электростанций, которые расположены преимущественно в

                        Крыму,      Оренбургской      и      Астраханской        областях,

Республике Башкортостан, Республике Алтай.                                               

Солнечная  энергия возобновляемый источник энергии.  Гелиоэнергетика -  экологически чистое преобразование солнечного излучения в другие виды энергии. Работают солнечные панели бесшумно. Солнечная энергия экологически безопасна, отсутствуют ядовитые выбросы в атмосферу. Но кроме достоинств есть и недостатки.  Но не каждый   день бывает солнечным, для того, чтобы оборудование  работало в полную силу. Погодные условия тоже снижают эффективность работы солнечных панелей. Строительство солнечных электростанций занимает большие территории. При создании фотоэлектрических элементов используются  токсичных соединения, что приводит к проблеме их утилизации. Солнечная электростанция в 2кВт стоит около 100 000 рублей.   

Стоимость оборудования для гелиоустановок высокая, но если оборудование будет работать в полную силу, то оно быстро окупится.

Несмотря на недостатки, гелиоэнергетика является перспективной.

  Энергия ветра – ветроэнергетика.  

Если бы океанские волны не гасили         энергию    ветра,         то      он достигал бы такой силы, что  сдул бы      с        поверхности      Земли,        все находящееся на ней.                                               

                                        Ветроэнергетика         –         это

отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразова нии кинетической энергии воздушных масс в атмосфере  в механическую, электрическую, тепловую и любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Начало использования энергии ветра восходит к появлению   ветряных   мельниц,   которые     были принесены крестоносцами в Европу в 13 веке.                               

Преобразование кинетической энергии воздушных масс, в другие виды энергии осуществляется ветрогенераторами. 

Принцип действия ветрогенератора прост. Сила ветра заставляет двигаться ветряное колесо, вращение которого передается         ротору      электрогенератора.     В       ветрянных мельницах кинетическая энергия ветра превращается в кинетическую энергию движения лопастей мельницы.                      

Ветроэнергетические установки распространены в США, Китае, Индии. Мировой лидер по установленной мощности ветрогенератов на душу населения  Дания обеспечивает 47% спроса на электроэнергию за счет них.    

Крупнейший в мире морской ветропарк расположен в Великобритании и насчитывает 87 ветряных турбин. Они способны обеспечить электроэнергией около 600 000 домохозяйств.  

Среди    наземных ветропарков       следует      выделить расположенные в США Fowler Ridge (штат Индиана) и Penascal (штат Техас).  В России расположено 16 действующих       ветровых      электростанций (Крым,

Ульяновская, Оренбургская и Калининградская области,

Республика Калмыкия).                                                                                     

Ветряные электростанции не наносит вред экологии. Низкие эксплуатационные затраты делают ветроэнергетику экономически выгодной.  

Ветер – неисчерпаемый природный ресурс.                       Но данный вид электростанций зависит от погодных условий, ветер не всегда стабилен, что приводит к переменной генерации электроэнергии. Ветроустановки могут создавать шум, что вызывает недовольство у местных жителей.                                                                                                               

Отдельный ветрогенератор обладает слабой мощностью. Шум,      производимый   ветрогенераторами,    нарушает перелеты птиц и насекомых. Для того, чтобы не нарушать природный баланс, в США перед строительством ветряных парков проводят исследования путей миграции птиц. В дальнейшем производится установка радаров, которые улавливают приближение стай и временно отключают ветрогенераторы.                                                                                                

Ветроэнергетика - один из наиболее перспективных видов получения "зелёной" электроэнергии из возобновляемых источников. Всё больше стран отдают предпочтение этой экологичной технологии в целях снижения выбросов парниковых газов и решения проблем энергобезопасности.  Геотермальная энергия.

Геотермальная энергетика – направление энергетики, основанное на производстве тепловой и электрической энергии за счет энергии, содержащейся в недрах Земли. Большие объемы тепловой энергии хранятся в глубине Земли, что объясняется высоким температурным показателем земного ядра. 

В качестве источников геотермальной энергии используют вулканические области, горячие источники воды или пара.  Геотермальные электростанции преобразовывают энергию горячих подземных вод в электричество.   В настоящее время 26 стран используют геотермальную энергетику. Но для некоторых стран геотермальная энергия уже является одной из самых весомых в экономике. Кения это яркий пример, где для выработки почти половину всей электроэнергии используются геотермальные источники. 

На          сегодняшний     день мировыми          лидерами   в геотермальной        электроэнергетике      являются   США, Филиппины, Мексика, Индонезия, Италия, Япония, Новая

Зеландия и Исландия.                                                                                          

Геотермальная энергетика может развиваться в следующих регионах России: на Камчатке и Курилах; на территории Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна (особенно в Томской области);  на Дальнем Востоке;  на Кавказе, в

Краснодарском крае и Ставрополье.                                                                

На          сегодняшний     день в        России       работают   четыре геотермальные электростанции: три на Камчатке и одна в Сахалинской области, на острове Кунашир (Курильские острова). Общая установленная мощность электростанций — 81,4 МВт. Первая из них была создана во времена СССР на Камчатке.                                                                       

После выработки геотермальная энергия практически не загрязняет окружающую среду. Геотермальные электростанции относительно недороги в эксплуатации. Энергия технически возобновляема и может использоваться в качестве прямого источника энергии. Эти электростанции безопасны для окружающей среды и оставляют небольшой углеродный след. 

Для        запуска      геотермальных электростанций не требуется ископаемое топливо.                                                                         

Технологии позволяют получать геотермальную энергию только в определённых регионах планеты. Первоначальные затраты на бурение высоки, а сам процесс сложен. Хотя тепло Земли присутствует повсеместно, нынешние или будущие геотермальные источники могут не быть постоянными источниками тепла. С горячими породами нужно обращаться осторожно, иначе вода может охладить их. Хотя некоторые считают геотермальную энергию наиболее экономичной и не загрязняющей окружающую среду, пока нет гарантии, что возможные источники будут давать необходимое количество энергии. Энергия приливов и отливов.

Как известно, природные приливы          и       отливы, взаимосвязаны с движением Луны   и       Солнца      вокруг биосферы планеты Земля, а также от ее движения вокруг своей оси вращения. 

В зависимости от положения космических тел по отношению к Земле, приливы и отливы могут различаться по свое силе, но так как это явление происходит регулярно, то человек решил, что их можно применить для своего использования. Приливная энергия или энергия приливов и отливов используется для преобразования в основном в электричество, с помощью различных методов.                   

Прилив используется человеком с давних пор. Чаще всего приливом вращались мельничные колеса. Известны русские приливные мельницы, построенные в Соловецком монастыре на Белом море четыреста лет назад. В 1968 году на Баренцевом море в губе Кислая, возле поселка Ура-Губа Мурманской области,  была построена приливная электростанция. Приливная электростанция – это комплекс инженерных систем, при помощи которых кинетическая энергия воды, преобразуется в электрическую.  Характер работы – цикличный, это обусловлено периодичностью приливов и отливов. В период покоя, а это происходит когда отлив заканчивается, или только начинается прилив, кинетическая энергия воды мала, и ее недостаточно. Этот период длится 1-2 часа. В активный период, ее продолжительность 4-5 часов, энергия водных масс, преобразуется в электрическую энергию. Циклы, в течение суток повторяются 4 раза.                                                                  

Использование природной энергии широко распространено во многих странах мира, так приливные электростанции успешно работают в США, Франции, Канаде, Норвегии, Южной Корее, Великобритании, Китае и Индии. Важными условиями наличия подобных энергетических объектов являются:         наличие     технических       возможностей    и присутствие   собственных      морских     побережий.                       По мнениям исследователей, к 2050 году энергией, вырабатываемой из Мирового океана можно будет заменить энергетические мощности 250 ядерных реакторов.                        

К плюсам использования можно отнести: экологическая безопасность установок; возобновляемый источник энергии; возможность рассчитать количество получаемой энергии в долгосрочной перспективе; низкая себестоимость получаемой электроэнергии; продолжительный срок эксплуатации.                                                             

К минусам данного типа электростанций относятся: высокие затраты на строительство при продолжительном сроке      окупаемости       проекта;      малая         мощность вырабатываемой энергии; цикличность работы.

Гидроэнергетика. 

Гидроэнергетика - это область производства    электроэнергии, основанная    на     использовании потенциальной энергии воды. Она является         одним        из      видов возобновляемой        энергетики.      История     развития гидроэнергетики начинается задолго до нашей эры. Одним из        первых      примеров   использования   водной      энергии является мельница, которая была изобретена еще в древности. Она работала на водяных колесах, которые использовали поток воды для перемещения механизмов.                       

Первая гидроэлектростанция была построена в 1878 году в США в городе Николсон на реке Фокс. Эта станция использовала генератор постоянного тока для производ-ства электроэнергии.                                                                                                    

В начале XX века гидроэнергетика стала более широко распространяться.  Крупные гидроэлектро-станции были построены в период с 1920-х по 1960-е годы, когда были созданы такие известные объекты, как ГЭС на Ниагарском водопаде в США и Канаде и ГЭС имени В. И. Ленина на Волге в СССР.  Страны, которые производят более 60% гидроэнергии в мире:  Китай, Бразилия, США, Канада, Россия, Индия, Норвегия, Венесуэла, Швеция, Япония. 

Крупнейшими гидроэлектростанциями России являются ГЭС имени В. И. Ленина на Волге, Куйбышевская ГЭС,

Саяно-Шушенская ГЭС и Братская ГЭС.                                                         

ГЭС имеют ряд преимуществ перед другими источниками энергии. ГЭС      являются   одними      из      самых        чистых источников     энергии,      поскольку при   их     работе        не выделяются вредные выбросы в атмосферу, которые могут привести к загрязнению окружающей среды. Также нет необходимости в хранении и транспортировке опасных отходов.         ГЭС имеют        высокую    производительность благодаря возможности использования большого объема воды для привода турбин. ГЭС являются одними из наиболее надежных источников энергии, так как они могут работать без перерыва на протяжении долгих периодов времени. Кроме того, ГЭС могут работать автономно, без зависимости от изменений погодных условий. ГЭС обладают высокой управляемостью, что позволяет регулировать выработку энергии в зависимости от изменений спроса на электроэнергию. ГЭС имеют низкие эксплуатационные расходы и могут работать на протяжении десятилетий без значительных затрат на обслуживание и модернизацию.                                                                  

Как и у любой другой формы производства энергии, у гидроэлектростанций есть свои недостатки.  Воздействие на природную среду и экосистемы: строительство ГЭС может привести к значительному изменению природных условий в районе реки, так как создается водохранилище и изменяется характер потока воды. Это может привести к ухудшению экологической обстановки и нарушению биологического равновесия в регионе.  Строительство ГЭС может требовать значительных инвестиций, особенно если она должна быть высокой или иметь большую мощность. Кроме того, строительство может занять много времени и требовать большого количества ресурсов. Ограниченность мест для строительства: не все реки подходят для строительства ГЭС, так как требуется достаточное количество воды для эксплуатации станции. Также не каждый участок реки годится для      создания    водохранилища.          Капитальнозатратный ремонт: эксплуатация ГЭС требует регулярного обслуживания, в том числе капитального ремонта, который может быть дорогостоящим и занять много времени.                       Однако, при правильном планировании и управлении, эти проблемы могут быть минимизированы.

Грозовая энергетика.

Знали ли вы, что электрической мощности, выделяемой при одной грозе, хватит,      чтобы         полчаса поддерживать      электроснабжение страны, размером   с        США?                                                           

Грозовая энергетика — это способ получения энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Данный вид энергетики предполагает использовать возобновляемый источник энергии и относится к альтернативным источникам энергии.  Исследования в отрасли атмосферного электричества начали проводить с 1850-1860-х годов. Свой вклад внёс и Никола Тесла, который предложил способ преобразования высокого постоянного атмосферного напряжения в низкое перемен-ное. Грозовая энергетика находится на стадии освоения. Для удержания и использования энергии молнии требуются мощные и дорогостоящие системы. Специалистами NASA проведены исследования и разработана карта, показывающая все точки мира с наиболее частыми ударами молнии. В дальнейшем эти теоретические разработки помогут определить наиболее перспективную территорию для получения грозовой энергии. Новые исследования бразильских ученых дали возможность найти способ преобразования электрических зарядов в атмосфере в электрический ток. В настоящее время грозовая энергетика не используется ни в одной стране, так как её применение связано с рядом трудностей, например непредсказуемостью и зависимостью от погодных условий. Но если человечеству удастся  построить  атмосферные электростанции, то это будет экологически чистая энергия, оборудование станций расположено в воздухе, что экономит земные территории. К трудностям таких электростанций необходимо отнести:  существует вероятность нарушения глобального электрического контура; высокое напряжение представляет опасность для персонала; расположение оборудования на высоте может представлять опасность для авиации. Биоэнергетика. 

Биоэнергетика – это вид возобновляемой          энергии, получаемой из растений и отходов животноводства. 

Энергия получается из сырья биологического происхождения, которое называется биотопливом или биомассой. 

Основным источником энергетической биомассы являются: 

Лесные ресурсы. 

Древесина, опилки, кора, хвоя, лиственные отходы и т.д.

Сельскохозяйственные ресурсы. 

Зерновые, производственные отходы, солома, сено, стебли растений и другие растительные материалы.

Промышленные отходы. 

Бумажные и древесные отходы, кожа, текстиль.

Животные отходы.  

Шерсть, перья, птичий помет и другие материалы, которые производятся в результате животноводства и птицеводства. 

Утилизация бытовых отходов.  

Продукты питания, фруктовые и овощные отходы, бумага, картон и другие материалы. 

Биотопливо бывает твердым (торф, деревопереработки  и сельскохозяйственные переработки), жидким (биодизель, биомазут, метанол, этанол, бутанол) и газообразным (водород, метан, биогаз). 

Твердое          биотопливо. Самый древний вид твердого биотоплива – дрова. 

В последнее время ходовым видом  твердого биотоплива стали пеллеты, получаемые из древесных опилок, коры, соломы, косточек, ореховой скорлупы, шелухи семечек. Также пеллеты делают из навоза крупного рогатого скота. При сгорании они не выделяют вредные вещества в атмосферу и образуют небольшое количество золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Пеллеты  стоят дешевле, чем другие виды биотоплива. 

Жидкое биотопливо. 

Наиболее популярное жидкое топливо – биоэтанол. Его получают в процессе переработки растительного сырья. Сырьем для производства биоэтанола  могут быть любые сельскохозяйственные культуры с большим содержанием  сахара или крахмала – сахарный тростник, кукуруза, сахарная свекла, картофель,  ячмень и т.д. 

Биодизель – второе по популярности жидкое топливо. Сырьем для этого вида топлива служат жирные или эфирные масла различных растений или водорослей. Также в качестве сырья могут служить – рапс, соя, пальмовое. кокосовое или касторовое масло, отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир. 

Биобутанол – четырехуглеродный спирт, который относится к биотопливу. Его делают из того же сырья, что и этанол.  Преимущества биобутанола в том, что он не смешивается с водой, давление паров  более низкое, что приводит к меньшему испарению. 

Биометанол – метиловый спирт, произведенный  в результате переработки биологического сырья. Биометанол производится из любой растительной и животной биомассы – шелухи зерен и семян, сухих листьев, навоза, помета, органического мусора. Его используют в качестве добавки к автомобильным бензинам, применяют в топливных элементах, для метилирования растительных масел в процессе производства биодизеля. Основным достоинством данного вида топлива является – низкий объем выбросов углекислого газа и возможность организации переработки отходов животноводства и сельского хозяйства.

Диметиловый эфир. Его можно получить из биомассы, но в промышленных масштабах исходным сырьем для него остается природный газ. Плюс такого топлива в том, что его энергоэффективность практически равна дизельному топливу, однако плотность энергии у диметилового эфира вдвое ниже, чем у дизельного топлива, поэтому для него требуется топливный бак в два раза больше. К тому же для транспортных средств нужна специально разработанная система для работы двигателя на диметиловом эфире. 

Сейчас инженеры активно разрабатывают новое поколение жидкого биотоплива, полученного с помощью водорослей. Водоросли выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью химических растворителей, которые разрушают стенки клеток. Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, которое может быть использовано   в качестве альтернативы традиционным видам топлива. Газообразное биотопливо. 

Газообразное биотопливо — это различные газовые смеси с угарным         газом,        метаном, водородом, получаемые        при термическом разложении сырья в присутствии          кислорода

(газификация), без кислорода (пиролиз) или при сбраживании под воздействием бактерий. 

Самый распространённый вид газообразного биотоплива — биогаз, который состоит из метана и углекислого газа. К его основным источникам относятся отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и органика из бытовых отходов. Образуется он в результате процессов биологического разложения без доступа кислорода. 

Одной из разновидностей биогаза является биоводород — аналог обычного водорода, но получаемый из биомассы. Исходное сырьё нагревают без доступа кислорода до высоких температур, что способствует выделению из него водорода.

Синтез – газ (генераторный газ) – смесь монооксида углерода и водорода. В  промышленности получают синтез – газ паровой конверсией метана, парциальным окислением метана, плазменной газификацией отходов и сырья. Основными сферами применения синтез – газа является производство электрической и тепловой энергии.

Водородная энергетика.  

Водородная энергетика - это технология производства энергии с помощью водорода. Принцип работы водородной энергетики заключается в процессе электролиза воды, в результате которого выделяется водород и кислород. Водород затем может быть использован в топливных элементах, которые преобразовывают химическую энергию в электрическую. Преимущества водородной энергетики включают высокую эффективность процесса, низкую стоимость топлива и отсутствие выбросов вредных веществ в атмосферу. Однако, существуют также некоторые недостатки, которые могут ограничить распространение этой технологии, такие как высокая стоимость инфраструктуры и необходимость использования редких материалов для производства топливных элементов.

III. Применение альтернативной энергетики в Ивановской области.  

Географические и геофизические условия Ивановской области сокращают возможность использования таких альтернативных источников энергии как ветроэнергетика, гелиоэнергетика, гидроэнергетика. 

Но Ивановская область богата лесными ресурсами. Поэтому в качестве топлива есть возможность использовать отходы деревообработки. В качестве топлива могут быть использованы опилки, щепа, древесные гранулы. Альтернативным, экологически чистым, возобновляемым источником энергии в Ивановской области является торф. Использование торфа наиболее эффективно в качестве топлива на ТЭЦ малой и средней мощности. Основным направлением использования возобновляемых источников энергии в нашей области может быть производство биотоплива за счет утилизации отходов текстильной, сельскохозяйственной, лесодобывающей, торфодобывающей промышленности и переработка твердых бытовых отходов. 

   На уровне отдельных проектов в области ведется  развитие альтернативных источников энергии. 

Первую биотопливную котельную построили в  селе Мугреевское Южского района. Новая котельная работает на биотопливе — торфе, щепе, отходах деревообработки. Торф является возобновляемым видом топлива.  При сгорании топлива  образуется небольшой остаток золы и серы. Новые технологии сжигания делают торф перспективным местным источником получения более дешевой и экологически чистой тепловой и электрической энергии. 

В 2021 году закончилась реконструкция очистных сооружений в деревне  Богданиха.  Комплекс  имеет важное экологическое значение для Ивановской области. Здесь осуществляется очистка стоков, поступающих  из города Иваново, Ивановского района и города Кохма. Иловые осадки, которые раньше копились, теперь перерабатываются в биогаз. Биогаз является источником тепловой и электрической энергии самого комплекса очистных сооружений. 

В Ивановской области есть примеры использования солнечных панелей для автономного электроснабжения.  Например, недалеко от деревни Василёво Ивановского района спроектирован полностью независимый от сетей дом.

Энергоснабжение этого дома обеспечивают солнечные  панели и ветрогенератор.

В 2021 году в Иваново на площади Ленина  компания Теле – 2 установила Wi – Fi генератор, работающий от солнечной батареи. Внутри генератора есть аккумулятор, который заряжается днем в солнечную погоду. Его накопительной энергии хватает  для бесперебойной работы интернета в пасмурную погоду. 

Примером может служить установка солнечного коллектора на дачах, который летом обеспечивает дом горячей водой. 

Проект напольного покрытия из панелей, способных генерировать электроэнергию от шагов пешеходов разработали ученые и инженеры компании «Сойминтех» Ивановской области. Напольное покрытие представляет собой панели толщиной не более 75 мм, состоящие из пьезоэлектрического генератора и системы электропроводки. Панели предназначены для установки в местах массового прохождения людей. По данным ученых один шаг взрослого человека вырабатывает  около 30 Ватт. Этого хватит для питания 5  светодиодных ламп. С каждым шагом пешехода по такому покрытию вырабатывается и преобразуется в электрическую энергия, которая может быть сохранена в аккумуляторах, или сразу направлена на освещение улиц, витрин магазинов. Разработкой заинтересовались в Ярославской области. Один из технопарков планирует установить подобные «умные» пешеходные дорожки. Компания «Сойминтех» создана в 2017 году в Палехском районе. Компания специализируется  на проектировании и выполнении работ по проектам электроснабжения, в том числе ветрогенератора для слабых ветров, гидрогенератора потока воды, солнечных панелей для крыш жилых домов. 

           IV. Практическая часть.  

В качестве источников энергии можно использовать овощи и фрукты. На роль альтернативных источников я выбрала овощи,  которые выращивают в нашей области. Эксперименты проводила с картофелем, тыквой, патиссонами, свеклой, луком.  

Эксперимент № 1. 

Цель: найти напряжение в овощах. 

Приборы и материалы: овощи (картофель, тыква, патиссон, лук, свекла), электроды (медная и  цинковая пластины), соединительные провода, датчик напряжения из цифровой лаборатории «Releon», ноутбук. 

Ход эксперимента. 

1.     Открыла программу «Releon». Включила датчик напряжения. 

2.     Собрала электрическую цепь       и       подключила       ее      к датчику. Электроды по очереди вставляла        в        исследуемые овощи, учитывая, что медная пластина подключается к «+» полюсу, а  цинковая к « - ». 

3.     Измерила напряжение в исследуемых овощах. Результаты занесла в таблицу. 

4.     Вывод: Во всех исследуемых объектах было обнаружено напряжение. Значит, овощи могут выполнять роль источника энергии. 

Эксперимент № 2. 

Цель: нахождение напряжения при последовательном соединении овощей. 

Приборы и материалы: овощи (картофель, тыква, патиссон, лук, свекла), электроды (медная и  цинковая пластины), соединительные провода, датчик напряжения из цифровой лаборатории

«Releon», ноутбук.  Ход эксперимента. 

1.     Последовательно

соединяла овощи, используя разные комбинации. 

2.     Результаты занесла в таблицу.

3.     Вывод:      При последовательном      соединении исследуемых объектов напряжение увеличилось. Так и должно быть, ведь из уроков физики нам известно, что при последовательном соединении        проводников      общее напряжение цепи  равно сумме напряжений на каждом участке.  Эксперимент № 3. 

Цель: определить зависимость напряжения от объема картофеля.

Приборы и материалы: измерительный цилиндр с водой, 2 клубня картофеля (разного размера), электроды (медная и  цинковая пластины), соединительные провода, датчик напряжения из цифровой лаборатории «Releon», ноутбук.

Ход эксперимента. 

1.     Нашла объем картофеля с помощью измерительного цилиндра.

2.     Определила напряжение в разных клубнях.

3.     Результаты занесла в таблицу

Вывод: Эксперимент показал, что напряжение зависит от объема картофеля. Чем больше объем, тем выше напряжение.  Эксперимент № 4. 

Цель: определение зависимости напряжения от массы картофеля.

Приборы        и       материалы: электронные     весы,          2      клубня картофеля       (разного     размера), электроды (медная и  цинковая пластины), соединительные провода,

датчик напряжения из цифровой лаборатории «Releon», ноутбук.

Ход  эксперимента:

1.   Взвесила на электронных весах картофель.

2.   Определила напряжение в разных клубнях.

3.   Результаты занесла в таблицу.

Вывод: По результатам эксперимента видим, что напряжение зависит от массы. Чем больше масса, тем выше напряжение. 

Эксперимент № 5. 

Цель:  нахождение напряжения   картофеля при добавке в него разных веществ. 

Приборы и материалы: картофель, соль, сахар, сода, зубная паста, электроды (медная и  цинковая пластины), соединительные провода, датчик напряжения из цифровой лаборатории «Releon», ноутбук. 

Ход эксперимента. 

1.     Измерила напряжение в картофеле.

2.     Разрезала картофель.          В одной половинке сделала лунку. Поместила в лунку чайную ложку соли смешанной с зубной пастой. Скрепила обе половинки. 

3.     Электроды располагала так, чтобы       они   касались    смеси. Измерила напряжение. Такие же

эксперименты проводила с сахаром и содой. Результаты занесла в таблицу. 

Вывод: при смешивании пасты с солью и содой можно добиться увеличения напряжения. Смесь с сахаром снижает напряжение. 

V. Примеры применения биобатареек в мире. 

После проведенных экспериментов, мне стало интересно, а применяются ли батарейки из овощей и фруктов в мире. 

Гальванические элементы – самые распространенные в мире источники энергии, в них энергия окислительно – восстановительной химической реакции превращается в электрическую. Главные составные части гальванического элемента – электролит и два электрода различной природы.

Израильский профессор Хаим Рабинович разработал самую доступную батарейку на растительной основе. Батарея состояла из ломтиков картофеля, медного катода и цинкового анода. Данное устройство могло питать яркие светодиоды в течение месяца. Устройства на основе картошки  можно использовать для подзарядки мобильной электроники. 

Индийские ученые предложили использовать овощи, фрукты, отходы от них  для питания несложной бытовой техники. Такие батарейки содержат внутри пасту из переработанных овощей и фруктов, а внутри размещены электроды из меди и цинка. Устройство рассчитано на жителей сельских районов. 

В 2010 году на научном конгрессе в США японская компания «Сони» продемонстрировала миниатюрную электрическую  батарейку, работающую на фруктовом соке. Биобатарейка размером 2см *4см, мощностью 10 мВт может использоваться в мобильных телефонах, плейерах, ноутбуках.  8 миллилитров  сока хватает на 1 час.

Группа ученых из Великобритании создала компьютер, источником питания для которого является картошка. За основу был взят старый компьютер с маломощным процессором Iпtе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питается это устройство 12 картофелинами, которые меняются каждые 12 дней.

VI.       Заключение. 

В своей работе я исследовала возможность использования овощей в качестве источников энергии. Практическое применение биобатареек из овощей заключается в использовании их для работы приборов с низким потреблением энергии. В ходе экспериментов было установлено, что последовательное соединение  разной комбинации овощей приводит к увеличению напряжения. Два клубня картофеля дают напряжение 1,6 В; тыква и картофель – 1,65В; а тыква и патиссон – 1,61В. А часы и калькуляторы работают на батарейках 1,5 В. Значит в этих приборах можно использовать биобатарейки. 

Подводя итог работы можно сделать вывод, что на практике можно использовать экологически чистые источники энергии. 

VII.   Литература

английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.

3. Гидроэнергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000.

         4.Биоэнергия: Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд

– Волгоград ”, 2000.                     5. Геотермальная энергия:

Учебное пособие для школ. Пер. с английского, перераб. и допол. Под редакцией А. Агеева – Волгоград: Книга, Международный Центр просвещен. “Вайленд – Волгоград ”, 2000. Интернет – ресурсы: 

1.   https://ru.wikipedia.org/

2.   www.ivanovonews.ru

3.   naukatv.ru

4.   school-science.ru