Проект по физике на тему "Природные аккумуляторы электрической энергии".

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №17 города Кузнецка. Научно-практическая конференция школьников «Старт в науку» (секция физика). « Природные аккумуляторы электрической энергии». 1 Работу выполнили ученики 7б класса: Журина Мария Сергеевна, Злыдарев Артём Александрович, Злыдарев Пётр Александрович. Руководитель: учитель физики Любимова Ольга Николаевна. город Кузнецк 2019 год. Цели исследования:   Выяснить,   действительно   ли   фрукты   и   овощи   могут   служить источником электрической энергии.  Возможно ли из овощей, фруктов и подручных материалов изготовить электрическую батарейку и применить её? Задачи работы:  Проанализировать научную литературу по проблеме исследования.  Познакомиться с принципом работы батарейки, создать фруктовую и овощную батарейку. 2  Экспериментально определить напряжение  и силу тока, создаваемые фруктовыми и овощными источниками тока.  Изучить   возможность   практического   применения   полученной батарейки.  Провести  анкетирование. Методы исследования:  Постановка проблемы.  Наблюдение.  Эксперимент.  Анализ.  Дискуссия.  Анкетирование.  Творческий проект. Гипотеза: фрукты и овощи являются источником электрической энергии и из них можно сделать батарейку. Содержание Введение…………………………………………………………………………3. Фруктовая и овощная батарейка как источник электрической  энергии………………………………………………………………………….4. 1. Как работает батарейка………………………………………………………4. 2. Успехи ученых в создании фруктовых батареек…………………………   4. 3. Эксперимент по созданию фруктовой и овощной батареек и определение  напряжения на них………………………………………………………………5. 4. Практическое применение овощной и фруктовой батареек………............ 6. 5. Анкетирование………………………………………………………………. 7. 3 Выводы…………………………………………………………………………. 8. Заключение…………………………………………………………………….. 8. Литература……………………………………………………………………....9. Примечание ……………………………………………………………………10. Глоссарий ………………………………………………………………………18.                                                                                Электрический ток, электрический ток,                                                                                Утверждают, что ты — электронов поток,                                                                                И болтает к тому же досужий народ,                                                                                 Что тобой управляют катод и анод.                                                                                                                              Иртеньев Игорь Введение. В последнее время человечество сталкивается с дефицитом энергоресурсов. Истощение запасов нефти и газа заставляет ученых искать новые источники энергии. Исходя из этого,   мы   выбрали следующую тему исследования «Природные аккумуляторы электрической энергии». Впервые   о   нетрадиционном   использовании   фруктов   мы   прочитали   в   книге Николая   Носова.   По   замыслу   писателя,   Коротышки   Винтик   и   Шпунтик, жившие в Цветочном городе, создали автомобиль, работающий на газировке с сиропом.   В   результате   нам   захотелось   узнать   как   можно   больше   об электричестве. Но для начала мы выяснили, что такое электрический ток. Электрический ток —  это   упорядоченное   движение   электрически   заряженных   частиц.  Такими частицами могут являться: в металлах—  электроны, в электролитах — ионы. Как работает батарейка. Затем мы разобрались, как устроена обычная батарейка. Батарейку сами мы разбирать не стали, воспользовались энциклопедическими знаниями. Любая батарейка или аккумулятор – это не что иное,  как две металлические пластины,   помещенные   в   специальное   химическое   вещество   –   электролит. Одна   пластина   подключена   к   выводу   «+»,   другая   –   к   выводу   «­».   Стоит подключить к батарейке нагрузку, например, лампочку, как от пластины «+» к пластине   «­»   потечёт   ток.   Начнется   химическая   реакция   в   электролите, 4 которая   начнет   перекидывать   электроны   с   отрицательной     пластины   на положительную пластину, тем самым, вызывая свечение лампочки.  Пластины сделаны   из   цинка   и   меди.   Цинк   –   отрицательный   полюс.     Медь   – положительный полюс. Успехи ученых в создании фруктовых батареек. В начале своих исследований мы решили узнать, откуда появилась батарейка. Еще   в   1791   году   Итальянский   врач   Луиджи   Гальвани   сделал     важное наблюдение. Он обнаружил электрический ток, когда присоединил   полоски из   двух   разных   металлов   к   мышце   лягушачьей   лапки.   Опыты   Гальвани     стали   основой   исследований   другого   итальянского ученого – Алессандро Вольта. Между прочим, изобретенная 200 лет назад самая первая батарейка работала на основе фруктового сока. Алессандро Вольта  в 1800 году сделал открытие, собрав нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком.  Оказывается,   если   в   любой   фрукт   или   овощ   воткнуть   два   электрода различных металлов, то за счет химических реакций, происходящих между соком   и   металлами,   на   электродах   появится   напряжение.   Этот   ток   будет слишком   малым,   но   если   собрать   батарейку   из   нескольких   фруктов   или овощей, то его будет достаточно, чтобы заработали небольшие электронные часы,   или   загорелась   небольшая   лампочка.   В   экстренной   ситуации   такая батарейка могла бы пригодиться, чтобы вдали от цивилизации подзарядить мобильный телефон или фонарик.  Эксперимент по созданию фруктовой и овощной батареек и определение напряжения на них. Мы решили провести эксперимент, чтобы выяснить, какие фрукты и овощи могут   быть   использованы   в   качестве   батарейки.   В   нашей   самодельной фруктово­овощной батарейке роль электролита выполняет сок из фруктов и овощей.   Положительным   электродом   служит   медная   пластинка.   А отрицательным электродом – цинковая пластинка. Фрукты и овощи взяли из тех, что нашлись дома. Для проведения измерений использовали различные приборы: вольтметр, милливольтметр, миллиамперметр и мультиметр. Как сделать гальванический элемент из лимона? Шаг №1.  Возьмите лимон и немного его помните. 5 Шаг №2.   Поместите на небольшую глубину до 2 см медный проводник и недалеко от него цинковый проводник. Шаг №3. Подсоедините к торчащим проводникам провода. Шаг №4.   Протестируйте вольтметром или мультиметром, сколько данная установка выдает вольт, а миллиамперметром или   мультиметром, сколько данная установка выдает миллиампер.    (Фото 4 в примечании). Таким образом, гальванический элемент из лимона стабильно может выдавать электрический ток. Объяснение: Работа подобного элемента питания основана на взаимодействии двух   пластин   цинковой   и   медной.   После   того   как   пластины   помещают   в лимон,   их   окружает   среда   из   лимонной   кислоты.   Это   вещество   служит электролитом.   То   есть   начинает   течь   химическая   реакция   и   ионы перемещаются, выдавая энергию. Мы сделали  гальванические   элементы из различных овощей и фруктов. Для этого мы использовали яблоко,   апельсин, картофель, лук, свёклу и т.д. В каждом элементе был сделан замер напряжения  и силы тока. В   результате   измерений   оказалось,   что практически все эти фрукты и овощи дают достаточно высокое напряжение, а сила тока была небольшой. Самым же неожиданным оказалось, что обычный помидор 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 ( Фото 1 в примечании). Название фрукта или овоща. Напряжение, В. Сила тока,  мА. 1.Помидор солёный 2 2.Помидор 3.Киви 0,9 – 0,5 0,9 – 0,8 4,8 0,5 ­ 1 0,9 – 0,6 6 4.Картофель варёный 1,6 5.Картофель 0,8 – 0,5 0,8 0,8 0,8 0,8 6.Огурец солёный 7.Огурец свежий 8.Лимон 9.Свёкла 10.Мандарин 11.Апельсин 12.Яблоко красное 13.Яблоко зелёное 14.Морковь 15.Редис 16.Гранат 17.Банан 18.Капуста 19.Чеснок 2,5 0,8 – 0,4 1,5 0.8 0,6 0,5 0,8 – 0,5 0,5 – 0,3 0,8 0,7 0,6 0,6 0,6 0.6 0,5 0.5 0,4 0.5 0,4 0,2 0,3 0,6 0,2 0,6 0,4 0,2 Итак,  гипотеза нашла своё подтверждение: фрукты и овощи являются источником электрической энергии. Практическое применение овощной и фруктовой батареек. Но будет ли гореть лампочка, если питать её от фруктового или овощного источника? Мы решили попробовать использовать полученное электричество. Конечно,   каждый   из   этих   элементов   мало   на   что,   способен,   поэтому   мы решили соединить несколько гальванических элементов в батарею.  Для   создания   необходимого   напряжения   мы   соединили   последовательно несколько   фруктов   и   овощей.     Комбинировали   различные   батарейки,   на сколько, хватило фантазии. 7 Например: Батарейка из лимонов. В действительности соорудить подобную установку можно из любого фрукта. Вся   разница   будет   лишь   в   напряжении   и   силе   тока.   У   лимона   есть преимущество, в нем имеется лимонная кислота. Она способна генерировать больший электрический ток. Шаг 1. Взяли лимон, с одной стороны воткнули оцинкованную пластинку, с другой – медную пластинку. Шаг 2. Собрали четыре гальванических элемента из четырёх лимонов. Шаг 3.» +»  вольтметра соединили с медной пластиной, цинковую пластину, вставленную в первый лимон соединили с медной пластиной, вставленный во второй лимон  и так   далее, цинковую  пластину,  вставленную  в последний лимон соединили с» –« вольтметра. Шаг 4. Вольтметр показал напряжение 3В. Но, проведя опыт с лампочкой (2.5 В), обнаружили, что   она не загорелась, т.к. не хватило силы тока. Мы заменили лампочку  светодиодом.   Он загорелся!  ( Фото 2 в примечании). Мы собрали батарейки из огурцов (достаточно одного длинного), из бананов, из   двух   луковиц,   свёклы,   помидора   и   так   далее.   От   некоторых   батареек загоралось несколько диодов. Гипотеза   также   подтвердилась:   из   фруктов   и   овощей   можно   сделать батарейку. Для любознательных. Земляная батарейка.   (Фото 3 в примечании). Повышенная   кислотность   почвы —   проблема   для агрономов,   но радость для электротехников.   Содержание   ионов   водорода   и алюминия   в земле позволяет буквально воткнуть в горшок две пластинки (как обычно, цинковую и медную) и получить электричество. Наш результат — 0,2В. Для улучшения результата почву стоит полить —  0,8В Как видим, батарейка из фруктов и овощей, а так же земляная батарейка вполне  реальны. Конечно, как серьёзный источник питания её рассматривать нельзя.   Но   как   отличный   наглядный   материал   о   природе   электричества, 8 который для непосвященных может выглядеть даже немного мистически, — вполне! Анкетирование.    ( Рисунок 1 из примечания). Мы   провели     опрос   среди   учащихся   восьмых   классов,   знают   ли   они,   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 мы сделали вывод, что: некоторые ребята знают, что  содержится внутри батарейки и как она работает – 65%.  А про фруктовую и  овощную батарейку многие ребята не слышали – 75%.  Выводы. Работа, которой мы занимались, оказалась  очень интересной. Мы смогли   ответить на многие интересовавшие нас вопросы. Так, проведенные эксперименты подтвердили  гипотезу о возможности  создания источников тока  из фруктов и овощей. Такие батарейки могут использоваться для работы приборов с низким  потреблением энергии. Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками электрического  тока являются лимон, огурцы, лук репчатый, помидор, банан. Мы убедились в том, что физика наука экспериментальная. Мы учились  делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать  выводы. Мы научились определять напряжение  внутри «вкусной» батарейки  и силу тока создаваемую ею.  Нам очень понравилось ставить эксперименты самим. Оценивать  получившийся результат. Мы заметили, что не всегда эксперимент удается,  хотя теоретически так должно быть. А вообще, порой и не представляешь,  сколько интересного происходит вокруг нас. Нужно только оглянуться,  обратить внимание, а затем провести исследование и ответить на  интересующие вопросы.  Заключение. Вопрос   о   экологически   чистых   источниках   энергии   актуален   для   нашего времени.   Недаром   на   просторах   Интернета   гуляет   легенда,   что   одному человеку   пришло   в   голову,   взять   500   фунтов   (226,8   кг)   картофеля   для выработки   электричества,   которого   хватило,   чтобы   питать   аудиосистему. 9 Даже   его   соседям   было   слышно   музыку!   Нам   же   удалось   получить   самое большее 4В от 7 разных овощей и фруктов (2­х яблок, 2­х лимонов, банана, помидора, картофеля). Действительно,   было   бы   здорово,   если   бы   по   нашим   улицам   ездили автомобили, работающие на фруктовом соке!   Но пока ученые утверждают, что, если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи лимонов, картофеля, лука и т.д. Индийские   ученые   создали   необычные   батарейки   для   несложной   бытовой техники   с   низким   потреблением   энергии.   Внутри   этих   батареек   паста   из переработанных банановых  и апельсиновых корок. Одновременное действие четырех таких батареек позволяет запустить настенные часы, а для ручных часов хватит одной такой батарейки. Компания   Sоnу   в   2018   году   на   научном   конгрессе   в   США   представила батарейку,   работающую   на   фруктовом   соке.   Если   «заправить»   такую батарейку   8   мл   сока,   то   она   сможет   проработать   в   течение   одного   часа. Применяться новинка может в плеерах, мобильных телефонах. А группа ученых из Великобритании создала компьютер, источником питания для которого является картошка. За основу был взят старый компьютер с маломощным процессором Intе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питается это устройство 12 картофелинами, которые меняются каждые 12 дней. Литература: 1.Моя   первая   энциклопедия   /   пер.   с   англ.   В.А.Жукова,   Ю.Н.Касаткиной, Д.С.Щигеля ­ М, 2010 2.Электронный конструктор "Знаток", Бахметьев А.А. ­ М, 2005 3.Журнал.   «Галилео»   Наука   опытным   путем   №   3/   2011   г.   «Лимонная батарейка» 4.http://livescience.ru/Статьи: Фруктовые­батарейки 5.Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика: Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: АСТ, 1996, с.613 6.http://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_ток 10 7.http://www.bilgidemeti.com/wp­content/uploads/2011/09/alessandro­volta­ 188x300.jpg 8.http://ic.pics.livejournal.com/ecoprav/40071658/2216/2216_900.jpg Примечание: Фото 1.       Помидор                                                       Картофель   11 Киви     Банан                                                               Огурец   12 Мандарин Яблоки зелёное и красное         13 Редис   Гранат Морковь  Рр рр 14 Свёкла   Лимон                                                       Капуста 15 Чеснок Лук                                                                  Солёный огурец 16 Фото 2. Батарейка из лимонов. Напряжение 3В; сила тока 1.8мА. Различные виды батареек. 17 Фото 3.                                        Земляная батарейка. 18 Фото 4.                  Вольтметр, миллиамперметр, милливольтметр, мультиметр. Рисунок 1. Что содержится в батарейке? Существуют ли фруктовые и овощные батарейки? 35% 65% Знают Не знают Да Не знаю 25% 75%   Глоссарий. 1.Вольтметр – прибор для измерения напряжения. 2.Миллиамперметр – прибор для измерения силы тока. 3.Мультиметр   –   прибор   для   измерения   напряжения,   силы   тока, сопротивления. 4.Положительный ион – атом, присоединивший электрон. 19 5.Отрицательный ион – атом, отдавший электрон. 6.Электрон – элементарная частица, заряженная отрицательно. 20