Муниципальное
автономное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 22
Проект на
тему:
«Электричество
в овощах и фруктах»
Выполнил: ученик 3 Б класса
Шелестюк
Георгий
Руководитель:
Учитель
начальных классов
Рыкованова
Г.В.
Тюмень – 2016
Содержание
Введение……………………………………………………………………….... 3
Глава 1. Понятие батарейки и принцип ее
работы………………………….…6
Глава 2. Практическое применение батарейки
из овощей и фруктов……..…9
Заключение………………………………………………………………….…..12
Список использованной литературы…………………………………………..14
Приложение
1…………………………………………………………………...15-16
Введение
Актуальность темы исследования
В
настоящее время хозяйственная деятельность человека всё чаще становится
основным источником загрязнения окружающей среды. Мы и не подозреваем, к чему
приводит наше легкомысленное отношение к правилам утилизации отходов. Природа
не в силах «переварить» весь мусор. Например для разложения
выработавших свой ресурс пальчиковых батареек требуется не менее 10 лет. Взглянув
на обычную пальчиковую батарейку, вы практически всегда увидите на ней этот
знак:
Это означает: «Не выбрасывать, необходимо сдать в спецпункт
утилизации».
И
этот знак на батарейке стоит неспроста! Подсчитано, что одна пальчиковая
батарейка, беспечно выброшенная в мусорное ведро, может загрязнить тяжёлыми
металлами около 20 квадратных метров земли, а в лесной зоне это территория обитания
двух деревьев, двух кротов, одного ёжика и нескольких тысяч дождевых
червей!
В батарейках содержится множество различных металлов — ртуть, никель, кадмий,
свинец, литий, марганец и цинк, которые имеют свойство накапливаться в живых
организмах, в том числе и в организме человека, и наносить существенный вред
здоровью.
А
что если заменить эти батарейки экологически чистыми источниками электрического
тока?
Наверняка многие слышали, что можно экономить на обычных
батарейках, заменяя их фруктовыми. Российские ученые давно выяснили, что
обычные овощи и фрукты полезны не только с точки зрения питания. Апельсины,
лимоны и другие фрукты и овощи — это идеальный электролит для выработки
бесплатного электричества, правда не столь мощного, как у обычных батареек. Индийские ученые предлагают использовать фрукты,
овощи и отходы от них при производстве источников питания для несложной бытовой
техники с низким потреблением энергии. Внутри необычных батареек - паста из
переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей-фруктов и электроды
из цинка и меди. Одновременное действие четырех таких батареек позволит
запустить стенные часы, пользоваться электронной игрой и карманным
калькулятором, а для ручных часов и одной батарейки хватит.
Объект исследования:
фруктовые и овощные батарейки.
Предмет исследования:
электрический ток, полученный из овощей и фруктов.
Гипотеза: предположим, что
из овощей и фруктов можно получить электрический ток, тогда есть возможность
использовать их в качестве электролита при изготовлении батарейки.
Цель: исследование возможности получения источников питания из
фруктов и овощей.
Задачи:
1.
Ознакомиться
с принципом работы батарейки.
2.
Создать
фруктовые и овощные батарейки.
3.
Провести
опрос одноклассников о возможности использования фруктов и овощей в качестве
батарейки.
Методы исследования:
Изучение литературы, наблюдение, эксперимент, анкетирование,
анализ полученных результатов.
Практическая значимость: если бы удалось создать источники питания из
экологически чистого материала, такого как овощи и фрукты, мы могли бы
использовать их для работы электрических приборов с низким потреблением
энергии, и при этом оберегать окружающую среду от загрязнения, так как обычные
батарейки при неправильной утилизации очень долго разлагаются.
Работа состоит из
введения, двух глав и заключения.
Во введении обоснована актуальность исследования,
определены цели и задачи, объект и предмет исследования, гипотеза исследования,
отражены методы исследования и практическая значимость работы.
В 1 главе «Понятие батарейки и принципы ее работы»
рассмотрена история изобретения первой батарейки и принцип работы современных
гальванических элементов.
Во 2 главе «Практическое применение батарейки из
овощей и фруктов» приведено описание создания батарейки из картофеля, яблока,
огурца, мандарина, банана и лука. Проведено экспериментальное измерение напряжения
электрического тока в полученных батарейках с помощью мультиметра, и описана
попытка зажечь лампочку и светодиод с помощью батарейки из картофеля.
В заключении подведены общие итоги работы и
сделаны выводы.
Глава 1
Понятие батарейки и принципы ее работы
Батарейка – это источник питания, который
вырабатывает электричество под действием химического процесса.
Батарейка. Это слово плотно вошло в нашу
повседневную жизнь. Но к сожалению сегодня мало кого интересует ее история, ее
устройство, ее виды.
Первый источник электрического тока был изобретен
случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью
опытов Гальвани был не поиск новых источников энергии, а исследование реакции
подопытных животных на разные внешние воздействия. Явление возникновения и
протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных
металлов к мышце лягушачьей лапки.
Опыты Гальвани стали основой исследований другого
итальянского ученого – Алессандро Вольта. 200 лет назад 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 из двух пластин металла
(цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком.
Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает напряжение. Именем
этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый источник
энергии стал прародителем всех нынешних батареек, которые в честь Луиджи
Гальвани называют теперь гальваническими элементами.
Таким образом, гальванический элемент (батарейка)
— это источник электричества, который основан на химическом взаимодействии
некоторых веществ между собой.
Сегодня в магазинах можно увидеть большое
количество батареек. Батарейки бывают разнообразной формы или размеров.
Некоторые – маленькие как таблетка, или тонкие, как карточка. Некоторые –
величиной с холодильник. Несмотря на внешние существенные отличия, устройство
батарейки любого типа имеет общие черты и принципы. Различия могут быть только
в составе химических веществ, с помощью которых выделяется электрическая
энергия. Наиболее распространенные батарейки по типу
электролита:
• Солевые батарейки. В них используется уголь и марганец,
электролит из хлорида аммония и катод из цинка. В перерывах между эксплуатацией
элементы питания могут «восстанавливаться». Это немного продлевает срок службы
батарейки.
• Алкалиновые (щелочные) батарейки. От солевых их отличает
состав электролита - здесь используется щелочной электролит. Такие батарейки
имеют продолжительный срок хранения.
Солевые и алкалиновые (щелочные) батарейки содержат
растворенные тяжелые металлы, в состав может входить от 10 до 20 элементов
таблицы Менделеева, многие из этих элементов являются сильно токсичными
веществами.
• Серебряные батарейки имеют катоды из оксида серебра. Их
напряжение на 0,2 В выше, чем солевых в одних и тех же условиях. В остальном
серебряные элементы питания похожи на солевые.
• Литиевые батарейки обладают очень большим сроком хранения,
высокой плотностью энергии и сохраняют работоспособность в большом диапазоне
температур, поскольку не содержат воды. В их состав входит литиевый катод,
электролит и анод из различных материалов.
Все известные элементы питания различны по
некоторым принципам, но схема работы у них одна. В них создается электрический
заряд в результате реакции между двумя химическими веществами, в ходе которой
электроны передаются от одного из них к другому. В батарейках для фонарика эти
вещества обычно представлены цинком и углеродом. В автомобильном аккумуляторе
это свинец и диоксид свинца. В компьютере или мобильном телефоне используются
обычно оксид лития с кобальтом и углерод.
У любой батарейки есть положительный полюс
(катод), отрицательный полюс (анод) и электролит, который может быть сухим или
жидким.
Электрический ток бежит от анода (-) к катоду(+),
но между ними обязательно должна быть нагрузка (потребитель энергии). Если
нагрузки не будет, то есть (+) соединить с (-) напрямую, то произойдет короткое
замыкание.
Катоды выполняют функцию восстановителя, то есть
принимают электроны от анода.
Электролит – это среда, в которой перемещаются
ионы, образовавшиеся в процессе химической реакции. В процессе работы батарейки
постепенно образуются новые вещества, а электроды постепенно разрушаются –
батарейка садится. Многие гальванические элементы могут быть использованы
только один раз. Они производятся на заводе, разряжаются в процессе
использования и затем выбрасываются. Сейчас наиболее популярны перезаряжаемые
батарейки, называемые аккумуляторами.
В кратком виде весь процесс работы батарейки
выгляди так: анод – нагрузка – катод – электролит.
Именно на таком принципе и делаются большинство
батареек, которыми мы пользуемся. Разница заключается в том, что в различных
видах производимых батареек, отличие только в используемых веществах и
материалах.
Глава 2 Практическое
применение батарейки из овощей и фруктов
Я
провел опрос среди одноклассников, чтобы выяснить, что им известно о
возможности получения электричества из овощей и фруктов, и получил следующие
результаты (Приложение 1): около 50% учащихся не знают ничего о том, кто
изобрел батарейку; более половины учеников ничего не слышали о возможности
получения электрического тока из овощей и фруктов, и уж тем более не имеют
представления о том, как это может помочь сохранению окружающей среды. Именно
поэтому я думаю, что моя работа должна быть интересна и познавательна для моих
одноклассников и не только для них.
Меня
заинтересовал вопрос о том, как сделать батарейку своими руками. Поискав информацию,
мы узнали, что можно сделать батарейку из картошки. На одном овоще решили не
останавливаться, а провели исследования еще на яблоке, огурце, банане, луке и мандарине.
Для
изготовления батарейки из овощей и фруктов нам понадобятся:
Овощи,
фрукты, цинковые гвозди, медные гвозди или отрезки медной проволоки, провода с
зажимами, светодиод, мультиметр.
На
примере картофеля рассмотрим как и что следует делать.
В
картофель необходимо воткнуть гвоздь и медную проволоку.
Далее
следует зажимами присоединить провода к гвоздям. Свободные концы провода
присоединяются к устройству измерения (в нашем случае — это мультиметр),
которое и показывает напряжение, возникающее на концах проводника.
Получившаяся
батарейка из картофеля – это однозарядная батарейка. Она работает также, как
батарейки, вставленные в фонарик или радиоприемник.
Картофельный
сок в такой батарейке выступает в качестве электролита, медная проволока – это
положительный электрод, принимающий электроны, а цинковый гвоздь –
отрицательный электрод, принимающий электроны.
Когда
я присоединил к электродам измерительный прибор, цепь замкнулась. Внутри клубня
картофеля произошла химическая реакция. Электроны внутри атомов, составляющих
картофельный сок, собрались на отрицательном электроде и потекли по цепи к
положительному электроду. Таким образом возник электрический ток, текущий по
электрической цепи.
Для
экспериментального замера электрического напряжения были взяты имеющиеся под
рукой фрукты (яблоко, банан, мандарин) и овощи (картофель, огурец, лук).
Итак,
подопытные овощи и фрукты дают следующее напряжение (В):
картофель — 0,45
яблоко — 0,45
банан —
0,43 огурец —
0,43
лук —
0,41 мандарин —
0,42
Как
мы видим, в группе наших овощей и фруктов лидером по полученному напряжению
стало яблоко и картошка, а в отстающих оказался лук. Правда разница в цифрах не
такая уж большая.
Но
будет ли гореть лампочка, если питать ее от фруктового источника?
Я взял лампочку на 3,0 В. В качестве источника взял картофель, как
наиболее доступный овощ, к тому же показавший максимальное электрическое
напряжение. Одна картофелина дает напряжение порядка 0,5 В. От одной лампочка
не загорится. Но я прочитал, что для того, чтобы создать большее напряжение,
можно попробовать соединить несколько картофельных батареек друг с другом. Для
этого я сделал еще несколько таких же батареек, затем с помощью металлических
зажимов-крокодильчиков соединил стальной электрод одной батарейки с медным
электродом другой. Таким образом, можно соединять батарейки друг с другом в
ряд, создавая многозарядную картофельную батарейку. Причем напряжение в такой
батарейке будет увеличиваться пропорционально количеству взятых овощей.
Поэтому
в нашем случае мне необходимо как минимум семь картофелин.
Но почему то лампочка не
загорелась. Не загорелась она и при большем количестве картошин. Хотя общее
напряжение составило более 3В. Я нашел информацию о том, что это вполне
объяснимо, ведь токи в такой цепи очень слабые и недостаточны, а для работы электроприборов
важно не только электрическое напряжение, но и сила тока.
Заменим
лампочку на светодиод (1,5 В).
Экспериментируя
с разным количеством картошин, я добился, чтобы он загорелся. Картошин было
десять. При этом напряжение в цепи было около 3,5 В. Видимо такого напряжения и
слабого тока было достаточно для того, чтобы зажечь менее мощный светодиод.
Заключение
Работа,
которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на все
интересовавшие меня вопросы. Так, проведенные эксперименты подтверждают
гипотезу о возможности создания источников питания из фруктов и овощей. Такие
батарейки могут использоваться для работы приборов с низким потреблением
энергии, таких как часы или калькулятор.
Как
показал мой эксперимент, из использованных фруктов и овощей лучшими источниками
электрического тока являются яблоко и картофель.
Я
научился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать
выводы. Также я научился определять электрическое напряжение внутри овощей
и фруктов.
Мне
очень понравилось ставить эксперименты самому, оценивать получившийся
результат. Я заметил, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически так
должно быть. Например, мне не удалось зажечь лампочку на 3 В.
Мне
бы очень хотелось, чтобы ученые изобрели батарейки, помогающие сохранять
окружающую среду. Ядовитые вещества из обычных батареек, проникают в почву, в
подземные воды, попадают в наше с вами море и в наши с вами водохранилища, из
которых мы пьем воду, не думая, что вредные химические соединения (из вашей же
батарейки, выброшенной неделю назад в мусоропровод) с кипячением не исчезают,
не убиваются - они ведь не микробы. И
каждый из нас должен понимать, что кроме нас никто не сможет сберечь нашу Землю
от экологической катастрофы.
В
процессе работы над проектом мне пришла в голову мысль о том, что я мог бы
внести посильный вклад в сохранение окружающей среды путем сбора отслуживших
свой срок батареек и сдачи их в специальные пункты приема. Мне удалось
выяснить, что батарейки принимают в любом магазине «Эльдорадо», для этого там
установлены специальные урны. Я хочу поставить небольшой контейнер или коробку
в своем классе и предложить одноклассникам приносить из дома использованные
батарейки. По мере накопления мы будем отвозить их в один из пунктов приема.
Может быть в дальнейшем к нашей акции присоединятся и другие классы нашей
школы, и таким образом мы все сможем проявить непосредственное участие в столь
важном деле, как охрана окружающей среды.
Список использованной литературы:
1. Журнал.
«Галилео» Наука опытным путем. № 3/ 2011 г. «Лимонная батарейка» стр 9-14
2. Журнал
«Юный эрудит» № 10 / 2009 г. «Энергия из ничего» стр.11-13
3. Гальванический
элемент — статья из Большой советской энциклопедии.
4. В. Лаврус
«Батарейки и аккумуляторы» стр. 22-25
Приложение 1
Я провел опрос среди одноклассников, чтобы
выяснить, что им известно о возможности получения электричества из овощей и
фруктов, и получил следующие результаты:
1.
Знаешь ли ты,
кто изобрел батарейку (гальванический элемент)?
а) Бенджамин Франклин;
б) Луиджи Гальвани;
в) Василий Петров.
2.
Как ты
думаешь, возможно ли получить электрический ток из овощей и фруктов?
а) да;
б) нет;
в) не знаю.
3.
По твоему
мнению, использование овощей и фруктов в качестве батарейки может помочь
сохранению окружающей среды?
а) да;
б) нет;
в) не знаю.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.