Проект по физике 8класс "Измерение силы тока в различных овощах и фруктах"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №4 им. Ф.Н.Красовского

ПРОЕКТ

по физике

на тему: "Измерение силы тока в овощах и фруктах"

Галич.2019г.

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение                                                                                                     стр. 3

1. История создания батарейки                                                                стр.6

2.Исследования электропроводности овощей и фруктов                      стр.9

3. Исследования электропроводности овощей и фруктов                     стр.11

 4.Заключение.  Вывод.                                                                              стр.16                

 5.Список литературы                                                                                стр.17

ВВЕДЕНИЕ.

      Моя 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.

     Слово «энергия» прочно вошло в обиходный словарь начала XXI в. человечество в последнее время сталкивается с дефицитом энергоресурсов. Грядущее истощение запасов нефти и газа побуждает ученых искать новые возобновляемые источники энергии.

   Возобновляемые источники сырья и способы получения из них энергии – магистральная тема многих университетских исследований. Лаборатория в Нидерландах изучает возможность получения электричества из растений, точнее, из корневой системы растений и из бактерий, находящихся в почве.

   Энергия солнца, энергия ветра, энергия приливов и отливов возобновляемым источникам энергии в последнее время всё чаще причисляют и растения. Ведь только зеленое растение является той единственной в мире лабораторией, которая усваивает солнечную энергию и сохраняет ее в виде потенциальной химической энергии органических соединений, образующихся в процессе фотосинтеза.

   Один из альтернативных источников энергии – процесс фотосинтеза. Процесс фотосинтеза, протекающий в клетке растения, является одним из главных процессов. В ходе него происходит не только разделение молекул воды на кислород и водород, но и сам водород в какой-то момент оказывается разделенным на составные части — отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ядра. Так что, если в этот момент ученым удастся «растащить» положительно и отрицательно заряженные частицы в разные стороны, то, по идее, можно получить замечательный живой генератор, топливом для которого служили бы вода и солнечный свет, а кроме энергии, он бы еще производил и чистый кислород. Возможно, в будущем такой генератор и будет создан. Но для осуществления этой мечты нужно отобрать наиболее подходящие растения, а может быть, даже научиться изготавливать хлорофилловые зерна искусственно, создать какие-то мембраны, которые бы позволили разделять заряды.

   Данные исследований лаборатории молекулярной биологии и биофизической химии МФТУ по созданию таких мембран показали, что живая клетка, запасая электрическую энергию в митохондриях, использует ее для произведения очень многих работ: строительства новых молекул, затягивания внутрь клетки питательных веществ, регулирования собственной температуры.. С помощью электричества производит многие операции и само растение: дышит, движется (как это делают листочки всем известной мимозы-недотроги), растет.

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.

    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.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

 исследование овощей и фруктов как природных источников тока.

   ЗАДАЧИ:

- изучить современные представления об источниках тока у овощей и фруктов;

- изучить историю появления батареек;

- проанализировать электропроводность овощей и фруктов;

- провести исследования фруктово-овощных батареек;

   Объект исследования: фруктовые и овощные батарейки.

ГИПОТЕЗА:

Так как фрукты и овощи состоят из различных минеральных веществ (электролитов), то они могут стать природными источниками тока.

                             История создания батарейки

Об электричестве знали еще древние греки. Если взять янтарь и натереть шерстяной тканью, то создается заряд статического электричества. Янтарь они называли «электрон». А в пирамидах Древнего Египта ученые обнаружили сосуды, напоминающие аккумуляторы. Термин электричество (electricity) ввел английский естествоиспытатель, лейб-медик королевы Елизаветы Уильям Гилберт. Впервые он употребил это слово в своем трактате «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле», который был издан в 1600 году. В этом сочинении ученый объяснял действие магнитного компаса, а также приводил описания некоторых опытов с наэлектризованными телами. Явление возникновения электрического тока при контакте разных металлов было открыто итальянским физиологом, профессором медицины Болонского университета (г. Болонья, Италия) — Луиджи Гальвани в 1786 году: Гальвани описал процесс сокращения мышц задних лапок свежепрепарированной лягушки, закреплённых на медных крючках, при прикосновении стального скальпеля. Наблюдения были истолкованы первооткрывателем как проявление «животного электричества». Итальянский физик и химик Алессандро Вольта, заинтересовавшись опытами Гальвани, увидел совершенно новое явление — создание потока электрических зарядов. Проверяя точку зрения Гальвани, А. Вольта проделал серию опытов и пришёл к выводу, что причиной сокращения мышц служит не «животное электричество», а наличие цепи из разных проводников в жидкости. В подтверждение — А. Вольта заменил лапку лягушки изобретённым им электрометром и повторил все действия. В 1800 году А. Вольта впервые публично заявляет о своих открытиях на заседании Лондонского королевского общества, что проводник второго класса (жидкий) находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов… Вследствие этого возникает электрический ток того или иного направления.

Многочисленные опыты показали физическую природу источника тока; они привели к созданию первого гальванического элемента.

Вольта брал две монеты – обязательно из разных металлов – и… клал их себе в рот: одну – на язык, другую – под язык. Когда он соединял монеты проволочкой, то чувствовал солоноватый вкус. Тот же вкус, но гораздо слабее, мы можем почувствовать, лизнув одновременно оба контакта батарейки. Из опытов, проведённых раньше, Вольта знал, что такой вкус вызывается электричеством. 20 марта 1800 г. Вольта сообщил о своих исследованиях на заседании Лондонского Королевского общества. С того дня источники постоянного электрического тока – Вольтов столб и батарея – стали известны многим физикам и начали широко использоваться.

Получить источник тока, подобный Вольтову столбу можно, используя различные овощи или фрукты. Один из «рецептов изготовления» гальванического элемента был описан ещё в 1909 г. В сырую картофелину вставляют железный гвоздь и медную пластинку, соединённые с гальванометром. Стрелка гальванометра отклоняется, что указывает на наличие тока в цепи.

                    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.

      История создания источников электрического тока

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.

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 называемые в народе «пальчиковые» и «мизинчиковые» батарейки и есть гальванические элементы, названные в честь Луиджи Гальвани.

      Исследования электропроводности овощей и фруктов

В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами.

Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Несмотря на большие различия в конструкции и назначении, химические источники тока работают по схожему принципу. Уже в 19 веке учёными были получены бесспорные доказательства существования электрических процессов в растительных тканях.

Давно известно, что все плоды растений представляют собой открытые системы биологического происхождения сложного физико-химического состава с характерными особенностями функционирования в течение всего их развития и хранения. А преобладающим компонентом является вода. Способность овощей и фруктов к длительному хранению определяется не количественным содержанием воды, а её состоянием, т.е. формой связи с сухим веществом продукта, её молекулярной способностью переходить из жидкого состояния в газообразную фазу. Следовательно в процессе хранения овощи и фрукты «усыхают», т.е количество жидкости в них уменьшается, а содержание газов увеличивается, в результате чего электpопpоводность их тоже уменьшается. Заметьте, что солёные плоды растений проводят электрический ток лучше, т.к. почти все соли являются сильными электролитами.

Давно известно, что все плоды растений представляют собой открытые системы биологического происхождения сложного физико-химического состава с характерными особенностями функционирования в течение всего их развития и хранения. А преобладающим компонентом является вода. Способность овощей и фруктов к длительному хранению определяется не количественным содержанием воды, а её состоянием, т.е. формой связи с сухим веществом продукта, её молекулярной способностью переходить из жидкого состояния в газообразную фазу.

Следовательно в процессе хранения овощи и фрукты «усыхают», т.е количество жидкости в них уменьшается, а содержание газов увеличивается, в результате чего электpопpоводность их тоже уменьшается.

Заметьте, что солёные плоды растений проводят электрический ток лучше, т.к. почти все соли являются сильными электролитами.

             Успехи ученых в создании фруктовых батареек

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. Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает разность потенциала. Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения.

Индийские ученые работают над созданием необычных батареек для несложной бытовой техники с низким потреблением энергии. Внутри этих батареек должна быть паста из переработанных бананов и апельсиновых корок. Одновременное действие четырех таких батареек позволяет запустить настенные часы, а для ручных часов хватит одной такой батарейки.

Компания Sоnу 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 Iпtе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питается это устройство 12 картофелинами, которые меняются каждые 12 дней.

ОПЫТЫ:

Измерение силы тока миллиамперметром в лимоне, яблоке, апельсине, морковке, картошке, луке.

1.     Демонстрация наличия силы тока в овощах и фруктах при помощи миллиамперметра .

Мы  измеряли микроамперметром силу тока в плодах и овощах при помощи электродов диаметром 1 мм (медный и цинковый), погружая их на глубину 2 см., расстояние между электродами было не более 3 см.

Таблица 1. Исследование  силы тока фруктов и овощей.

Название	Сила тока,mА
Картофель	0.3
Морковь	0.1
Лук	0.1
Яблоко	0.2
Лимон	0,4
апельсин	0,2

                                          ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Моя гипотеза о замене дорогих батареек фруктовыми и овощными подтвердилась лишь частично, а именно:

 - Фрукты и овощи действительно могут служить источником электрической энергии, из них возможно изготовить «природную батарейку».

 - Лучшим источником электрического тока - картофель

Но экономически вкусная батарейка не выгодна.

Кстати, одна пальчиковая батарейка, выброшенная на свалку, загрязняет тяжелыми металлами около 20 квадратных метров земли, около 400 л. воды. Эти вещества попадают в организмы животных, во фрукты, которые мы едим, испаряются в воздух, которым мы дышим.

ВЫВОДЫ:

1. Фрукты и овощи могут служить источниками тока, если ввести в них медный и цинковый электроды.

2.Экспериментально установлено, что сила тока у исследуемых овощей и фруктов не одинаковые.

3. Проанализировав  электропроводность установлено, что сырые овощи и фрукты проводят электрический ток, это связанно с содержанием влаги в сырых продуктах.

4. Овощи и фрукты можно использовать в качестве батареек.

Список литературы

1.     Алексеева М.Н. Физика – юным. – М.: Просвещение, 1980, с.174

2.     Артамонов В.И. Занимательная физиология растений –М.:-Агропромиздат, 1991, с.336

3.     Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Просвещение, 1984, с.225

4.     Громов С.В., Родина Н.А. Физика-8. – М.: Просвещение, 2000, с 90, 95

5.     Ильченко В.Р. Перекрёстки физики, химии и биологии. – М.: Просвещение, 1986, с.155

6.     Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М.: Просвещение, 1974, с.235

7.     Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике. 6–7 кл. – М.: Просвещение, 1978, с. 198

8.     Красновский А.А. Преобразование энергии света при фотосинтезе – Саранск, 1987, с.223

9.     Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. – М.: Просвещение, 1999, с.336

10. Энциклопедия «Что такое? Кто такой?» Т. 3. – М.: Педагогика, 1978, с.543

11. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика: Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: АСТ, 1996, с.613

12. Шолле В.Д.Энциклопедический словарь. Естествознание.-М: Большая Российская энциклопедия, 2003 – 543 с.

13. https://vk.com/away.php?to=https%3A%2F%2Fmultiurok.ru%2Ffiles%2Fizmierieniie-sily-toka-v-ovoshchakh-i-fruktakh.html&cc_key=