Исследовательская работа по нестандартным источникам электрической энергии

13 открытая юношеская

научно-исследовательская конференции

имени С.С. Молодцова

Секция     физика__

Исследовательская работа

Природное электричество

Гарифуллин Ильяс

4  д класс, МБОУ «Гимназия №2» имени Баки Урманче, г. Нижнекамск

Научные руководители:

Нугманова Алсу  Саримовна,

Учитель физики высшей кв. категории

Петрунина Назиля Расимовна,

Учитель начальных классов первой кв. категории

Нижнекамск, 2015 г.

Содержание

1 Введение…………………………………………………………………………………… 

I. Теоретическая часть

1.Источники электрического тока.  История создания батарейки……………………….3

2. Традиционные источники электрического тока.…..……..………………………….…4 

3.«Живые электростанции»…………………………………………………….…………..5  4.Нетрадиционные источники электрического тока ……………………………………..6

 II. Экспериментальная часть

1.Об использовании фруктов и овощей для получения электричества………………….6

2.Получение необычного источника тока……………………………………………….7-8

3. Заключение ………………………………………………………………………………..9

   Использованная литература………………………………………………………………10

Введение

            Наша  работа посвящена необычным источникам энергии. В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами [1]. 

Современная жизнь просто немыслима без электричества - только представьте существование человечества без современной бытовой технике, аудио- и видеоаппаратуры, вечера со свечой и лучиной. Процесс получения и транспортировки электроэнергии трудоемок и дорогостоящ. Для выработки электричества необходимо топливо, а оно когда-нибудь закончится: и нефть, и уголь, и даже уран. Выход может быть в создании вечного термоядерного реактора, а получится ли его создать, неизвестно. На что человечеству надеяться? Можно на возобновляемые ресурсы - солнце, ветер, воду. Но оказывается, и, помимо их, в окружающей среде полно источников почти даром!

  В настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на энергоносители, в том числе и на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет актуальное значение.  Перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, нетрадиционных источников 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.

 Исходя из этого,  мы  выбрали следующую тему исследования «Природное электричество».

Целью моей работы является выявление различных способов получения электроэнергии и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

В начале исследования мной была выдвинута следующая гипотеза: если электростанции получают электрический ток, используя природные ресурсы,  то возможно ли получение тока с помощью других необычных источников тока.

Задачи исследования:

1.      Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об источниках электрического тока.

2.      Познакомиться  с устройством батарейки и его изобретателями.

3.      Ознакомиться с ходом работы по получению необычного источника тока.

4.      Получить необычные источники тока.

Методы исследования: анализ научной и учебной литературы, экспериментальный метод, метод обработки результатов, метод  сравнения.

I.  Теоретическая часть.  

1.Источники электрического тока. История создания батарейки.

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью изысканий Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани дал  неверное[2]. 

Опыты  Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого - Алессандро Вольта. Он  сформулировал главную идею изобретения.  Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта  создал нехитрое устройство. Оно состояло из цинковой и медной пластин погруженных в емкость с соляным раствором. В результате цинковая пластина (катод) начинала растворяться, а на медной стали (аноде) появлялись пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток. Несколько позже ученый собрал целую батарею из последовательно соединенных элементов, благодаря чему удалось существенно увеличить выходное напряжение.

            Именно это устройство стало первым в мире  элементом питания и прародителем современных батарей. А батарейки  в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами[3].

Всего через год после этого, в 1803 году, русский физик Василий Петров для демонстрации электрической дуги собрал самую мощную химическую батарею, состоящую из 4200 медных и цинковых электродов. Выходное напряжение этого монстра достигало 2500 вольт. Впрочем, ничего принципиально нового в этом «вольтовом столбе» не было.

  2. Традиционные источники электрического тока.

Прежде чем  электрический  ток попадет к нам в дом, он пройдет большой путь от места получения тока до места его потребления. Ток вырабатывается на электростанциях. Электростанция - электрическая станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектрические станции (ГЭС), гидроаккумулирующие электростанции, атомные электростанции (АЭС). [1].  А еще бывают «живые электростанции».

3. «Живые электростанции».

В природе есть группа животных, которых мы называем «живыми электростанциями».

Животные очень чувствительны к электрическому току. Даже незначительной силы ток для многих из них смертелен. Лошади погибают даже от сравнительно слабого напряжения в 50-60 вольт. А есть животные, которые не только обладают высокой устойчивостью к электрическому току, но и сами вырабатывают ток в своём теле. Это рыбы - электрические угри, скаты, и сомы. Настоящие живые электростанции!

Электрические угри, водящиеся в пресных водах Гвианы и Бразилии, могут вырабатывать электричество напряжением до 300 вольт, в зависимости от состояния и величины рыбы. Эти рыбы достигают 2-3 метров длины и веса 15-20 кг.

Источником тока служат особые электрические органы, расположенные двумя парами под кожей вдоль тела - под хвостовым плавником и на верхней части хвоста и спины. По внешнему виду такие органы представляют продолговатое тельце, состоящее из красновато-желтого студенистого вещества, разделённого на несколько тысяч плоских пластинок, ячеек-клеток, продольными и поперечными перегородками. Что-то вроде батареи. От спинного мозга к электрическому органу подходит более 200 нервных волокон, ответвления от которых идут к коже спины и хвоста. Прикосновение к спине или хвосту этой рыбы  вызывает сильный разряд, который может мгновенно убить мелких животных и оглушить крупных животных и человека. Тем более, что в воде ток передаётся лучше. Оглушённые угрями крупные животные нередко тонут в воде.

Электрические органы – средство не только для защиты от врагов, но и для добычи пищи. Охотятся электрические угри ночью. Приблизившись к добыче,  произвольно делает разряд своих «батарей», и всё живое – рыбы, лягушки, крабы - парализуются. Действие разряда передаётся на расстояние в 3-6 метров. Ему  остаётся только заглотать оглушённую добычу. Израсходовав запас электрической энергии, рыба  долгое время отдыхает и пополняет её, «заряжает» свои «батареи».

Рыбы - живые электростанции опасны. Электрические скаты - торпедо, которых много в Средиземном море, могут в течение 10-15 секунд давать до 150 разрядов в секунду с напряжением до 80 вольт. В некоторых странах люди прежде пользовались разрядами скатов для лечебных целей. В Древнем Риме врачи держали скатов у себя дома в больших аквариумах. Даже сейчас в средиземноморских странах можно видеть старичков, бродящих в мелкой воде в надежде на излечение от ревматизма разрядами электрического ската.

Кое - что об электрических рыбах…

Рыбы используют разряды:

–     чтобы освещать свой путь;

–     для защиты, нападения и оглушения жертвы;

–     передают сигналы друг другу и обнаруживают заблаговременно препятствия.

4. Нетрадиционные источники электрического тока.

Кроме традиционных источников тока существует множество нетрадиционных источников. Оказывается, электричество можно практически получать из всего, что угодно. Нетрадиционные источники электрической энергии, где невосполнимые энергоресурсы практически не тратятся: ветроэнергетика, приливная энергетика, солнечная энергетика.

Есть  и другие предметы, которые на первый взгляд не имеют никакого отношения к электричеству, однако могут служить источником тока.

 II. Экспериментальная часть.

1.Об использовании фруктов и овощей для получения электричества.

  Изучив литературу, я узнал, что  электроэнергию можно получить из некоторых фруктов и овощей. Электрический ток можно получить из лимона, яблок и, самое интересное, из обычного картофеля – сырого и вареного.  Именно Израильские ученые исследователи  в качестве источника энергии необычной батарейки предложили использовать вареный картофель, так как мощность устройства в этом случае по сравнению с сырым картофелем увеличится в 10 раз. Такие необычные батареи способны работать несколько дней и даже недель, а вырабатываемое ими электричество в 5-50 раз дешевле получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, вшестеро экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения.

Индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди.   Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек.

2.Получение необычного источника тока.

Ученые утверждают, что если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи лимонов. Ведь  в любом фрукте и овоще есть электричество, поскольку они заряжают нас, людей, энергией при их употреблении.

Но мы  не привыкли  верить всем на слово, поэтому решили проверить это на опыте. С целью доказательства гипотезы о том, что различные фрукты и овощи могут служить источниками электричества, мною было проделано несколько экспериментов. Были использованы фрукты: лимон, яблоко, огурец соленый, картофелину сырую и вареную;

•  несколько медных пластин из набора по электростатике – это будет наш положительный полюс;
•  оцинкованные пластины из того же набора – для создания отрицательного полюса;
•  провода,  зажимы;
•  милливольтметры, вольтметры
•  амперметры.

Большинство фруктов содержит в своем составе слабые растворы кислот. Именно поэтому их можно легко превратить в простейший гальванический элемент. Прежде всего, мы  зачистили медный и цинковый электроды с помощью наждачной бумаги. А теперь достаточно их вставить в овощ или фрукт  и  получается  «батарейка».

Результаты эксперимента мы занесли в таблицу:

Основа батарейки	Напряжение на электродах, В
Лимон	0,4 В
Огурец соленый	1,2 В
Яблоко	0,6 В
Банан (с кожурой)	0,4 В
Банан (без  кожурой)	0 В
Мандарин	0,5 В
Апельсин	0,4 В
Картофель	0,6 В
Вареный картофель	0,7 В

Вывод: Напряжение на электродах  разное. Самое большое напряжение в соленых огурцах- 1,2 В. Если использовать не сырую, а вареную картошку, то напряжение тоже больше. Банан с кожурой  дает результат 0,4 В, а банан без кожуры - 0 В. Значит, чтобы получить напряжение, банан должен быть с кожурой!

Вытаскивая медную и цинковую пластины из овощей и фруктов, мы обратили внимание на то, что они сильно окислились. Это значит, что кислота вступала в реакцию с цинком и медью. За счет этой химической реакции и протекал очень слабый электрический ток. Аналогично можно получить  электроэнергию из лимона и яблок, если вы используете цитрус, попытайтесь воткнуть гвоздь и проводок в одну и ту же дольку.

Наблюдали за нашими «вкусными» батарейками мы  в течение некоторого времени.

Сделали вывод: постепенно напряжение  на всех «вкусных» батарейках уменьшается. До сих пор еще есть напряжение на яблоке  и вареном картофеле. Но именно соленые огурцы мы хотели оставить до утра. Хотели узнать, насколько уменьшится ток, за ночь. Вот и результат: было 1,2 В, а к утру через 15 часов показывает  также 1,2  В. В итоге мы пришли к выводу, чтобы уменьшился ток  нужно  наблюдать больше времени.

Результаты измеренного напряжения на батарейках занесли в таблицу:

	Напряжение на электродах, В	Через 15 часов
Огурец соленый	1,2 В	1,2 В

Вывод: Ток постепенно уменьшается. Ток слишком мал, для того чтобы загорелась лампочка. Поэтому мы планируем  в дальнейшем выяснить, какими способами можно увеличить силу тока в цепи и заставить лампочку светиться.

 Музыкальный горшочек. А вы знаете, что цветочные  горшочки  умеют петь. Я этот эксперимент хочу вам предложить. (ПОКАЗ эксперимента с горшком).

Итак, после проведения опытов, я узнал, что электрический ток можно получить из фруктовых плодов и из овощей, а также бывают поющие цветки.  Каждый фрукт и овощ  вырабатывает разный по силе и напряжению электрический ток.

Выводы:

1. Изучили и проанализировали научную и учебную литературу об источниках электрического тока.

2.Познакомились с устройством батарейки и его изобретателями.

3. Изготовили овощные и фруктовые батарейки  и получили необычные источники тока.

4.Научились определять напряжение  внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею.

5.Обнаружили, что напряжение на зажимах батареи составленной из нескольких овощей растет, а ток уменьшается.

3. Заключение.

Для  достижения цели моей работы решены все поставленные задачи исследования.

Анализ научной и учебной литературы позволил сделать вывод о том, что вокруг нас очень много предметов, которые могут служить источниками электрического тока.

В ходе работы рассмотрены способы получения электрического тока. Я узнал  много интересного о традиционных источниках тока - различного рода электростанциях.  

Я с помощью опыта показал, что можно получить электроэнергию из некоторых плодов, конечно, это небольшой ток, но сам факт его наличия  дает надежду, что в последующем такие источники можно будет использовать в своих целях (зарядить MP3-плейер, мобильный телефон и др.). Одновременное действие несколько таких батареек позволяет запустить стенные часы, пользоваться электронной игрой и карманным калькулятором.  Такие батареи  могут использовать  жители сельских районов страны, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки биобатареек. Использованный состав батареек не загрязняет окружающую среду, как гальванические (химические) элементы, и не требует отдельной утилизации в отведенных местах.

Мою работу можно будет продолжить: найти другие необычные источники тока.

Использованная литература:

1. Горев Л. А. Занимательные опыты по физике. М., «Просвещение», 1974

2. Перышкин А. В. Физика 8 кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений – М.: Дрофа, 2002.

3. Энциклопедический словарь юного физика. -М.: Педагогика, 1991г О. Ф. Кабардин.

4.Энциклопедический словарь юного техника. -М.: Педагогика, 1980г

5.Справочные материалы по физике. -М.: Просвещение 1985.

6 Журнал «Наука и жизнь», №10    2004г.

7 А. К. Кикоин, И.К. Кикоин. Электродинамика. -М.: Наука 1976.

8 Кирилова И. Г. Книга для чтения по физике.- Москва: Просвещение 1986.

9 Журнал «Наука и жизнь», №11 2005г.

10. Н.В.Гулиа. Удивительная физика.- Москва: «Издательство НЦ ЭНАС» 2005

Интернет- ресурс.