«Мечта человечества о свете» Проектно – исследовательская работа «Источники энергии для света »

«Мечта человечества о свете»

Проектно – исследовательская работа

«Источники энергии для света »

Изучение и наблюдение природы породило науки (Цицерон).

Выполнил: обучающийся 7 А класса муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 9 г. Ртищево Саратовской области»

Васильев Алексей

Руководитель: учитель физики высшей квалификационной категории Митрофанова Светлана Дмитриевна

Ртищево, 2021

Оглавление.

Введение.                                                                                                    стр 3-4                   

Глава 1. Петр Николаевич Яблочков – человек легенда.                       

1.1. П.Н.Яблочков – наш земляк.                                                              стр 4-6                                                                                                                 

1.2. Изобретения, покорившие  мир.                                                         стр 6- 7                                                                                     Глава 2.Опыты и расчеты.

2.1. Источник энергии из солнечных элементов.                                     стр 7-9

2.2.Опыты по созданию фруктовой батарейки.                                        стр 9-10

2.3.Анкетирование.                                                                                      стр 12

Заключение.                                                                                                  стр 11                                                                                                  

Список  источников.                                                                                    стр 12

Приложение.                                                                                               стр 12-15

                                 Введение.

     Я живу в городе Ртищево. У нас есть краеведческий музей. Два года назад, когда не было пандемии, мы, с классным руководителем посетили наш музей.

    Выставка "Мечта о свете" располагается в 4 объёмах (залах) — вестибюле и бывшем фойе кинотеатра. В первой комнате портреты, цитаты. Следующие три объём занимает Париж в жизни Яблочкова. Занимательную историю о создании свечи Яблочкова я услышал в музее и даже посмотрел вместе с детской экскурсией фильм, в котором приняли участие обучающиеся нашей школы. Многие экспонаты музея являются главными героями в фильмах студии "Иллюзионъ", созданной при музее. Все с восторгом слушали экскурсовода и смотрели на экспонаты.

    Я узнал о том, как много, Петр Николаевич Яблочков сделал для человечества. Не даром ведь говорят «Свет это жизнь». Но первый источник света, это не единственное его изобретение. В этом году я пришел  учиться в седьмой класс, в кабинете физики увидел стенд про П.Н.Яблочкова. И тут пришло решение принять участие в яблочковских чтениях с проектом «Источники энергии для света», то есть для жизни. Меня, как патриота своей Родины, переполняет гордость за нашу Саратовскую землю, за то, сколько известных людей она вырастила и П.Н.Яблочков наш земляк. Именно поэтому считаю выбранную мной тему актуальной. В своей работе расскажу про великого изобретателя, исследую  каким образом можно зажечь лампочки, то есть расскажу об источниках энергии для лампочек. Проведу анкетирование среди обучающихся 7 классов, по теме «Что мы знаем о П.Н.Яблочкове». В виде диаграммы сделаю результат.

Цель работы: найти альтернативные источники энергии для питания электрических ламп и рассказать про них обучающимся нашей школы.

Задачи:

- познакомиться с открытиями П.Н.Яблочкова, раскрыть практическую значимость его изобретений;

- рассказать о источниках энергии для лампочек и сделать их;

- провести анкетирование среди обучающихся седьмых классов по теме «Что мы знаем о П.Н.Яблочкове»

Гипотеза: есть альтернативные источники энергии для лампочек.

Предмет исследования: фруктовый источник энергии, светодиодный источник энергии.

Объект исследования: законы физики, которые это все объясняют.

Реализация проекта: презентовать проект на предметной неделе по физике  в декабре.

П.Н.Яблочков – наш земляк.

     Знают не многие, что Саратовская губерния дала миру великого изобретателя-электротехника, который значительно повлиял на использование электричества, без которого невозможно представить современную жизнь. В 1876 году европейская пресса пестрела заголовками «Изобретение русского отставного военного инженера Яблочкова — новая эра в технике», «Северный свет, русский свет, — чудо нашего времени», «Россия — родина электричества».      Павел Николаевич Яблочков родился в 1847 году в Сердобском уезде Саратовской губернии в семье обедневшего помещика.  Учился в Саратовской мужской гимназии, затем  вернулся в Петропавловку (ныне Ртищевский район Саратовской области).Через год поступил  в столичное Николаевское инженерное училище. Это было военное учебное заведение, поэтому после его окончания Яблочков вышел на службу офицером. В 1872 году он увольняется с воинской службы и сосредоточился на науке, успевая при этом работать начальником службы телеграфа на Московско-Курской железной дороге.  Потом жил во Франции.      В 1878 году Яблочков вернулся в Россию, где учредил товарищество «Яблочков-изобретатель и Ко». Оно занималось производством ламп для десятков городов России и военных суден. В 1880 он снова переезжает в Париж, где готовится к очередной выставке.    Однако выставка оказалась триумфом лампы накаливания, созданной американцем Эдиссоном на основе работ Яблочкова и Лодыгина. Он могла гореть без замены до 1000 часов.    Через год Яблочков возвращается в Россию, где продолжает опыты с электричеством. Однако ряд неудачных экспериментов и два инсульта сильно подкосили его здоровье, и он решает возвратиться в родные края. Однако оказывается, что отчий дом в селе Петропавловка сгорел, поэтому некоторое время он с семьёй живёт в имении Двоёнки, а затем у старшей сестры Екатерины и её мужа М. К. Эшлиман в селе Иваново-Кулики. Поняв, что в деревне, заниматься наукой невозможно, он переезжает в Саратов. В конце 1893 года он заселяется в «Центральной» гостинице Очкина на втором этаже, где номер становится его рабочим кабинетом. Здесь последние месяцы своей жизни учёный работает над чертежами электроосвещения Саратова. 19 марта 1894 года в 6 часов утра Яблочков скончался. 23 марта он был похоронен в фамильном склепе в ограде Михайло-Архангельской церкви на окраине села Сапожок. Могила Яблочкова в селе Сапожок была восстановлена, а в 1952 году на ней открыли памятник – единственный памятник федерального значения на территории Ртищевского района.   17 сентября 1947 года, когда исполнилось 100 лет со дня рождения ученого, было издано постановление об увековечении его памяти. Его имя присвоили Саратовскому электромеханическому техникуму (ныне Колледж радиоэлектроники СГУ имени Яблочкова), Малой Казачьей улице в Саратове и светотехническому заводу в Москве. Было решено установить памятник в Саратове (установлен бюст у входа в техникум), учредить премию Яблочкова за лучшую работу по электротехнике, которая вручается раз в 3 года, установить стипендии имени Яблочкова в четырёх учебных заведениях. Была сделана мемориальная доска на 1-ой Мужской гимназии, где он учился, и приведена в порядок его могила.[1]

Изобретения, покорившие  мир.

    Его главное изобретение -  «свеча Яблочкова».        Свеча Яблочкова представляла собой два угольных блока, разделённых инертным материалом. На верхнем конце была закреплена перемычка из тонкой проволоки или угольной пасты. Всё это было закреплено вертикально на изолированном основании. При подключении свечи к источнику тока, предохранительная проволока на конце сгорала, поджигая дугу. Дуга начинала гореть, постепенно съедая электроды и разделительный гипсовый слой. Свечи хватало на 2 часа.   Впервые она была продемонстрирована в 1876 году на выставке физических приборов в Лондоне. Поместив четыре свечи по периметру тёмного помещения, он подключил к ним ток и пространство наполнилось очень ярким голубоватым светом. Многочисленная публика пришла в восторг. Пресса всех европейских стран написала о «свете из России». Во многих городах мира были основаны компании по коммерческой эксплуатации «свечи Яблочкова».   Первой страной, где электрический свет Яблочкова был применен на практике, стала Франция. Электрическими свечами было освещены магазины Лувра, площадь перед зданием оперного театра, авеню de l’Opera, крытый парижский ипподром.   Вслед за Парижем, свечи стали освещать Лондон, Берлин, Рим, Вену, Сан-Франциско, Рио-де-Жанейро, Дели, Калькутту и т.д.[1]
  Важны и другие изобретения П.Н.Яблочкова.  Прожектор с регулятором Фуко — прообразом «свечи Яблочкова», а на тот момент одним из самых распространенных электродуговых источников света — стал первым в мире осветительным прибором, установленным на паровозе. магнитоэлектрическая машина переменного тока без вращательного движения (предшественница одного из знаменитых изобретений инженера Николы Тесла): на нее Яблочков получил один из французских патентов. Такой же патент он оформил на магнитодинамоэлектрическую машину, в которой не было подвижных обмоток. И намагничивающая обмотка, и обмотка, в которой индуктировалась электродвижущая сила, оставались неподвижными, а вращался зубчатый железный диск, менявший при движении магнитный поток. За счет этого изобретателю удалось избавиться от скользящих контактов и сделать простую и надежную по конструкции машину.

   Совершенно оригинальной по конструкции была и «клиптическая машина Яблочкова», название которой изобретатель дал, как он сам писал, по расположению «оси вращения под углом относительно оси магнитного поля, которое напоминает наклон эклиптики». Правда, практического смысла в такой мудреной конструкции было немного, но современная Яблочкову электротехника во многом шла не от теории, а от практики, которая требовала в том числе и таких вот необычных построений.

   А исследования в области получения электроэнергии за счет химических реакций и создания гальванических элементов, которыми Яблочков увлекся в последнее десятилетие своей жизни, получили адекватную оценку лишь полвека спустя. В середине ХХ века специалисты оценили их так: «Все созданное Яблочковым в области гальванических элементов отличается необыкновенно богатым разнообразием принципов и конструктивных решений, свидетельствующих об исключительных интеллектуальных данных и выдающемся таланте изобретателя».[2]

Источник энергии из солнечных элементов.

 Я решил проверить, а как и где можно использовать солнечные элементы (в домашних условиях), помимо их применения на улице в виде фонариков. Эта идея заинтересовала моих родителей и они подключились к моему исследованию. Координировала нашу работу учитель физики.

Мы вместе собрали альтернативный источник энергии из десяти солнечных элементов мощностью 0,165 Ватт. Последовательность действий я описал  в приложении.

Зажгли лампочку от карманного фонаря. Удовлетворившись своим результатом, решили проверить время действия такой батарейки. Фотоэлемент генерирует электрический ток до тех пор, пока на него попадает свет. Для того, чтобы запасти энергию на темное время суток к солнечным батареям присоединяют аккумуляторы, которые днем заряжаются от солнечных батарей, а в темное время суток питают нагрузку. Именно по такому принципу работают садовые декоративные фонарики на фотоэлементах. Мощность сделанной мной батарейки не позволит гореть лампочке сколько-нибудь продолжительное время, так как нужного аккумулятора у меня нет. Однако, обратил внимание на то, что садовые фонарики успевают накопить энергию даже в ненастные дни (которые бывают в октябре иногда и по неделе). Они загораются, как только стемнеет.

Конечно, это очень маленькое время работы такого источника энергии, но все же это можно использовать для освещения в бане, на даче, в погребах и т.д.

В интернете нашел информацию о солнечном трекере – устройстве, представляющем собой подвижную подставку под солнечную панель, нужную, чтобы в условиях наших умеренных широт панель собирала достаточное количество света, меняя своё положение вслед за солнцем для того, чтобы на батарею попадало максимальное количество света.  Вместе сделали трекер (см.приложение). Поворачиваясь за солнечным светом, он помогает батарее занимать такое положение в пространстве, чтобы на нее попадало максимальное количество солнечного света. И хотя он сам является потребителем электроэнергии, расчеты говорят о том, что его использование способствует более эффективной работе батареи и как следствие — затраты электроэнергии на его использование компенсируются сами собой. И все же недостаточно знаний семиклассника чтобы более детально развить эту тему. Возможно в 11 классе я продолжу изучение солнечного трекера. [3]

Следующий источник энергии это фруктовая батарейка.

Из различных  источников  информации  выяснил, что все овощи и фрукты имеют небольшое количество электрического заряда, следовательно, они могут быть и источниками энергии. 

Опыты по созданию фруктовой батарейки.

В своих исследованиях я решил проверить, могут ли овощи и фрукты стать источниками энергии.

Для создания батарейки нам понадобится цинковая и медная пластины (но я использовала медную проволоку и оцинкованный железный гвоздь), овощи и фрукты. При самодельном гальваническом элементе, цинковая пластина действует как отрицательный электрод, а медная – как положительный. Электролитом (жидкость, проводящая ток) является фруктовый или овощной сок. Мною были выбраны: лимоны. Ножом сделал небольшие надрезы, куда  вставляла проволоку и гвоздь (электроды). Присоединив к электродам омметр, выяснилось, что он работает: показывает значение ЭДС. Значит, овощи и фрукты способны разделить заряд на положительный и отрицательный. Следовательно, получилась лимонная батарейка. После того, что я увидел (прибор показал существование заряда) появилось огромное желание попробовать зажечь лампочку или светодиод. Не сразу желаемое превратилось в действительное. Лампочка не загоралась, несмотря на то, что все инструкции были соблюдены. Это из-за большого внутреннего сопротивления. Но все – таки результат был, когда мы нашли лампочку - светодиодную. Она загорелась.(Приложение)  Итак, действительно можно изготовить  батарейки из овощей и фруктов. Главное,  стало понятно, что чем больше мы включаем в цепь последовательно элементов, тем больше получается ЭДС. А чем больше мы включаем элементов параллельно, тем больше сила тока. И значит, что мощность нашей батарейки зависит только от количества овощей и фруктов.[4]

Заключение.

Проверил гипотезу, она верна. Существуют альтернативные источники для горения лампочек. Разумно подумать и о других альтернативных источниках энергии, не упомянутых в работе и применять их в совокупности. Во время работы над проектом узнал много новой информации. Получил ответы на интересующие меня вопросы. Познакомился с биографией П.Н.Яблочкова, его изобретениями, понял, насколько они важны для человечества. Меня не разочаровал результат анкетирования среди моих ровесников.( Приложение ) Я узнал, что большинство знает про изобретения Яблочкова, многие смотрят в интернете разные ролики, то есть ребята интересуются физикой, знают ученых и их открытия. Много знают про П.Н.Яблочкова. Так что наша школа воспитывает патриотизм и любовь к Родине.  Сделал  источники энергии для света. Достиг поставленной цели. 

Список использованных источников

1.  https://zen.yandex.ru/media/zhabkin/izobretatel-predugadavshii-buduscee-5a30ef72248090e84ba07099

2.     https://www.kramola.info/vesti/rusy/velikie-izobreteniya-pavla-nikolaevicha-yablochkova

3.     https://infourok.ru/proekt-po-fizike-energiya-solnca-1975592.html

4.     https://infourok.ru/proektnaya-rabota-batareyka-iz-ovoschey-i-fruktov-3811946.html

Приложение.

Вопросы для анкетирования.

1.Как называется изобретение Яблочкова П.Н.? 2. Как называется город, в котором жил и работал Яблочков, где поставили ему памятник? 3.Что принесло изобретение Яблочкова народу? 4.где в нашей школе вы найдете информацию о П.Н.Яблочкове? 5. Испытываете ли гордость за то, что Яблочков наш земляк?.

Диаграмма в % содержании.

 

 

Извлекаем  солнечный фотоэлемент из фонарика, Спаиваем батареи между собой, предварительно проверив где плюс и минус. Соединяем от плюса к минусу, последовательно, чтобы увеличить напряжение. Соединяем элементы параллельно, чтобы увеличить суммарный ток.

Измеряем напряжение.

Сестра проверяет, горит ли лампочка, я фотографирую. Техника безопасности соблюдена.

 Трекер, поворачивающийся за светом от фонарика. Это устройство мы сделали не сами, нам его подарила ученица другого класса. Ее брат сделал трекер для ее работы в 2018 году. И помог со схемами для источника энергии.

Схема соединения фотоэлементов в батарейки для лампочки.

Фруктовая батарейка. Здесь уже измеряю сам. Техника безопасности соблюдена.