Исследовательская работа по физике

МБОУ «Торбеевская средняя общеобразовательная школа №3»

Исследовательская работа

на тему:

«Гальваника как современный вид искусства»

Выполнила: Кривоногова Юлия

                                               Ученица 9 «Б» класса

                                               Руководитель: Егорова Л.С.

                                     Торбеево 2018 год.

Содержание:

Введение                                                                                                               3 стр.

Цель работы                                                                                                         4 стр.

Методы исследования                                                                                    4 стр.

Объект исследования                                                   5 стр.

История возникновения                                                                                             6 стр.

Материалы и оборудование                                                                           7 стр.

Техника безопасности                                                                                       8 стр.

Подготовка к эксперименту                                                                            9 стр.

Эксперимент №1                                                                                              12 стр.

Эксперимент №2                                                                                              13 стр.

Эксперимент №3                                                                                              17 стр.

Вывод                                                                                                                  19 стр.

Применение                                                                                                      21 стр.

Используемая литература                                                                             22 стр.

Введение:

Однажды я увидела, как девушка рекламирует украшения, выполненные в стиле гальваники. Я заинтересовалась и решила найти больше информации об этом. Прочитав множество статей, была очень удивлена тем, что можно выполнить эти работы в домашних условиях. Вскоре я загорелась этой идеей. Изучив технику безопасности, уговорила маму попробовать провести эксперимент. Я была не уверена, что с обыкновенного листика можно получить украшение, покрыв его слоем меди. Неужели это возможно?

     Об этом я хочу рассказать в своей исследовательской работе.

Цель работы:

1. Собрать информацию из разных источников.

2. Изучить и провести анализ экспериментов.

3. Провести собственный эксперимент.

4. Сделать выводы.

Методы исследования:

1. Анализ информации из разных источников.

2. Обобщение собранной информации.

3. Проведение и наблюдение эксперимента.

Объект исследования:

Процесс нанесения в домашних условиях защитно-декоративного слоя металла электростатическим способом.

(До и после омеднения броши)

История возникновения:

Этот метод изобрел русский физик и изобретатель Борис Семенович Якоби. Учился он в Берлинском и Гёттингенском университетах. В 1829 получил диплом архитектора и работал по специальности до переезда в Кенигсберг (1834), где начал заниматься электротехникой: изучал электромагнетизм, сконструировал электродвигатель с коммутатором оригинальной конструкции. В 1837, приняв русское подданство, переехал в Петербург.

Открытие и техническая разработка процессов гальванотехники состоялись в 1838 году, полное описание процессов он опубликовал в 1840 году.

Именно тогдак ученомупришелграндиозный успех. С помощью гальваники  были украшены интерьеры Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца, произведены медные копии с форм для печатания денег, а также географических карт, почтовых марок, художественных гравюр.

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ:

Все, что требуется для выполнения гальванопластических работ, вполне может быть найдено среди школьных приборов и реактивов или приобретено в магазинах (медный купорос, электролит):

1.     Дистиллированная вода (1л)

2.     Медный купорос (250г)

3.     Этиловый спирт (40мл)

4.     Электролит (80мл)

5.     Выпрямитель тока

6.     2 медные пластины

7.     Медные проволоки

8.     Графит

9.     Соединяющие провода

10. Плоскогубцы

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ:

1.     Выполняйте работу в специальной одежде, с использованием средств индивидуальной защиты (резиновые перчатки, медицинская маска) и в хорошо проветриваемом помещении.

2.     При приготовлении раствора электролит наливайте в воду медленной плавной струей. Раствор постоянно перемешивайте. Ни в коем случае не наливайте воду в кислоту, так как при этом происходит сильный разогрев и выброс жидкости.

3.     При попадании кислот, щелочей в глаза немедленно промойте их струей чистой воды. После промывки места ожога или глаз сразу же обратитесь к врачу.

4.     Осмотр и закрепление обрабатываемых изделий и приспособления производите в стороне от ванны.

5.     Перед погружением изделий в ванну убедитесь в прочности их закрепления на подвесках.

6.     Загружайте и выгружайте изделия в ванны при снятом напряжении

7.     Детали в ванну погружайте плавно, избегая разбрызгивания раствора.

8.     Следите за уровнем электролита в ванне: он должен быть на 10 - 20 мм ниже краев ванны.

9.     При окончании работы отключите выпрямитель тока.

ПОДГОТОВКА К ЭКСПЕРИМЕНТУ:

1.     Приобретение необходимых ингредиентов.

2.     Приготовление электролита:

1) Соблюдая технику безопасности, медный купорос (250г) растворяю в горячей дистиллированной воде (500г).

2) Добавляю электролит (80мл) и этиловый спирт (40мл).

3) Доливаю дистиллированную воду до 1л.

4) Размешиваю до полного растворения и процеживаю через вату.

Электролит для эксперимента готов!

3.     Гальванопластические работы проводят в сосудах-ваннах, имеющих обычно прямоугольную форму.  Для осуществления электролиза понадобится источник постоянного тока низкого напряжения (3— 6 В).  Для измерения силы тока устанавливают амперметр постоянного тока, а для наблюдения за напряжением— вольтметр. Изделие (катод) и медные пластины толщиной 3-4 мм(аноды) укрепляют в пластмассовой емкости, пластины — на меднойпроволоке так, чтобы они не касалась электролита. Изделие подвешивается на медной проволоке на расстоянии 15—20 мм отпластин.

ЭКСПЕРИМЕНТ №1

Первым этапом я нанесла токопроводящий слой на предмет, который собралась омеднять (в данном случае, лист виктории). Делается это с помощью графитового спрея, однако в наших магазинах продается только графитовая смазка.  К сожалению, лист, на который была нанесена графитовая смазка, не высох и при проведении опыта не омеднился.  Эксперимент не удался.

.

ЭКСПЕРИМЕНТ №2

     Спустя некоторое время, я, недовольная результатом, решила провести второй эксперимент уже другим способом.

1.     Растопила воск на водяной бане, отпустила туда лист.

2.     После застывания воска, мягкой кисточкой нанесла графит, полученный путем толчения стержней малярных карандашей.

3.     Опускаю в электролит и включаю аппарат на 1 А.

(Результат спустя 2 часа)

(Результат спустя сутки).

Для кулона я омеднила цепочку всего за 15 минут

ЭКСПЕРИМЕНТ №3

После удачно проведенного эксперимента я решила восстановить медаль, предварительно обезжирив ее. Так как металл хорошо проводит электричество, проблем с этим не было.

До:

После:

После четырехчасового омеднения я, отшлифовывая торцы медали, ножом сняла оттиски с нее. Изделие восстановлено!

ВЫВОД:

В основе гальванического покрытия деталей лежит процесс электролиза, т.е. прохождения постоянного тока через электролит, связанный с передвижением электрически заряженных частиц – ионов.

Электролиз — электрохимический процесс, протекающий между анодом и катодом в электролите и сопровождающийся выделением на катоде металла.

Схема электрохимического осаждения металла:

1—пластмассовая емкость; 2 — деревянная палочка; 3,4,5 — медная проволока; 6 — ионы металла (катионы); 7 — покрытие; 8 — медная пластина (анод); 9 — изделие (катод).

При прохождении постоянного тока через электролит на аноде 8 происходит растворение металла (переход его в электролит) и выделение кислорода, а на катоде 9 (деталь) — отложение металла и выделение водорода.

Гальваническое осаждение металла на поверхности предмета возможно лишь тогда, когда поверхность эта или весь предмет являются проводниками электрического тока.

1.     Прежде чем нанести токопроводящий слой, модель нужно подготовить. Дерево, кружева, гипс и все другие гигроскопичные материалы пропитываются расплавленным парафином (воском) и натираются графитом.

Графит обладает большим электрическим сопротивлением, поэтому осаждение меди начинается в месте присоединения контактного проводника, и только через некоторое время (иногда продолжительное) весь предмет оказывается покрыт слоем металла

Применяют два вида анодов: растворимые и нерастворимые. Растворимые изготавливают из металла, который осаждается на детали, а нерастворимые — из свинца. Я использовала растворимые аноды.

2.     Изделия из металла, требующие омеднения, обезжириваются бензином. Омеднение в данном случае происходит быстрее.

Толщина гальванических покрытий на поверхности детали обычно получается неравномерной. Причиной этого является неудовлетворительная рассеивающая способность электролитов.

ПРИМЕНЕНИЕ:

Гальванопластика нередко применяется по отношению к различным изящным предметам (ювелирным изделиям, орденам и медалям, монетам, раковинам, цветочным горшкам, скульптурам, портретам и т.п.). Чаще всего в гальванопластике используется медь. Однако могут применяться и другие металлы, в том числе никель, хром, сталь, серебро. При соблюдении всех технологических требований отличить скопированный предмет от оригинального можно лишь по барьерному слою или по удалению оригинала. Причем все работы вполне возможно выполнить своими руками в домашних условиях.

Гальванопластика широко используется в типографском деле в сочетании с современными технологиями и компьютерной техникой. В полиграфической промышленности гальванопластика применяется также для получения гальванопластических копий: цинкографских клише. Гальванопластический метод позволяет отпечатывать огромные тиражи не только книг со сплошным текстом, но и книг, снабженных иллюстрациями.

В промышленности же гальванизацию применяют для укрепления металлической поверхности изделий и защиты их от воздействия внешней среды, например от коррозии.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1.     Одноралов Н.В.  «Занимательная гальванотехника: пособие для учащихся» - М.: Просвещение, 1979.

2.     Попилов Л.Я. «Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов. Справочник» - Л.: Лениздат, 1975.

3.     Лобанов С.А. «Практические советы гальванику» - Л.: Машиностроение, 1983.

4.     Ресурсы Интернета