"Природное электричество, что это такое?"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 7

ИМЕНИ ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА КАЛЮЖНОГО НИКОЛАЯ ГАВРИЛОВИЧА» ГОРОДСКОГО ОКРУГА НАЛЬЧИК КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Индивидуальный проект:

Тема:

«Природное электричество, что это такое?»

Руководитель: учитель физики

Тимкин Ю.В.

Нальчик 2024г

Введение

Важно понимать, что электричество, как природное явление существовало всегда. Более того, оно есть одно из необходимых условий нашей жизни. Большую часть электрических проявлений мы с Вами не в состоянии увидеть, а те, которые происходят в явном виде, это малая их доля.

Проблема (идея) проекта была узнать, что такое природное электричество, раскрыть возможности природного электричества, найти альтернативные источники энергии, которые не загрязняют окружающую среду.

Актуальность: Современная жизнь просто немыслима без электричества. Только представьте существование человечества без современной бытовой техники, вечера со свечой и лучиной... Если у нас отключают свет, то, кажется, что вся жизнь останавливается. Возможность получить электричество в домашних условиях из природных материалов, которые всегда под рукой, очень актуальна, особенно в сельской местности.

Цель работы: Получить источник электричества в домашних условиях с использованием картофеля и попробовать зарядить телефон.

Задачи:

• изучить литературу по данной теме

• найти из научных источников историю открытия электричества

• узнать, что такое природное электричество

• изучить правила безопасности связанные с использованием электричества

• провести опыты, доказывающие существование электричества в картофеле

Объект исследования: природное электричество.

Предмет исследования: получения электрического тока.

Гипотеза: Если электростанции получают электрический ток, используя природные ресурсы, то возможно ли получение тока с помощью природного источника тока, а именно, что картофель может служить источником электричества.

Ожидаемый результат в рамках исследовательского проекта:

• Я больше узнаю о природном электричестве.

• Познакомлю одноклассников с историй возникновения электричества, раскроем возможности природного электричества,

• Сделаю выводы по данной теме.

• Попробую сам выполнить эксперименты, соблюдая технику безопасности.

Практическая значимость данного исследования заключается в использовании данного материала на уроках физики.

Глава 1 Теоретическая часть.

1. Об электричестве

Без электричества представить нашу современную жизнь практически невозможно. Скажите, как можно обойтись без освещения и тепла, без электродвигателя и телефона, без компьютера и телевизора? Электричество настолько глубоко проникло в нашу жизнь, что мы порой и не задумываемся, что это за волшебник помогает нам в работе. Этот волшебник – электричество.

Слово «электричество» произошло от греческого слова «электрон». Оно означает «солнечный камень - янтарь».

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц, похожее чем-то на реку, только в реке течёт вода, а по проводам маленькие частицы атома – электроны. Электрический ток движется по проводнику в замкнутой цепи от источника тока к потребителю. Проводник – это вещество, способное легко проводить электрический ток. Если мы имеем дело с металлом, то заряженные частицы – это электроны. Практически все металлы - проводники электрического тока. Те вещества, которые не проводят ток, называются изоляторами. К изоляторам относится пластик, резина и т.д. В наши квартиры электрический ток поступает по проводам изготовленные из меди, покрытые изоляционными материалами. Медь очень хорошо проводит ток. В проводах электроны двигаются под действием магнитного поля.

Силу электрического тока можно измерить. Работающим с электрическими цепями надо знать, что для человеческого организма безопасной считается сила тока до 1мА. Но осторожность надо соблюдать и в работе с более низкими напряжениями. В зависимости от условий напряжение даже в несколько десятков вольт может оказаться опасным. Единица измерения силы тока — Ампер, получила своё название в честь французского ученого, который первым исследовал свойства тока. Имя ученого-физика – Андре Ампер.

Все в нашем мире состоит из крошечных частиц - атомов. Воздух, которым мы дышим, страницы книг, одежда, наше тело – всё это сделано из миллионов мельчайших невидимых атомов. В центре каждого атома находится ядро, в котором есть маленькие частицы - протоны, имеющие положительный заряд (+) и нейтроны, которые не имеют заряда. Ещё более мелкие частицы, называемые электронами, движутся вокруг ядра. Электроны заряжены отрицательно (-). Они вращаются на орбитах вокруг ядра подобно тому, как движутся планеты вокруг Солнца. Обычно число протонов и электронов равно. Их заряды уравновешены, и атом электрически нейтрален. Электрон - это самая «трудолюбивая» частичка. Почти во всех современных приборах усердно работают электроны. Недаром же современная техника называется электронной.

Электрон – наиболее легкая из заряженных частиц. Его масса почти в 2000 раз меньше массы протона и нейтрона. Очень мал и его заряд – скорее всего, самый маленький заряд в природе.

Атом может принимать или отдавать электроны. Если он принимает

электрон, то становится отрицательно заряженным (-) ионом. Если он теряет электроны, то становится положительно заряженным (+) ионом.

Если заряженные частицы находятся на близком расстоянии друг от друга, то начинают воздействовать друг на друга. Это явление называется силой электрического взаимодействия. Расстояние, на которое действует эта сила, называется электрическим полем.

Частицы с противоположными зарядами, (положительная (+) и отрицательная (-), притягиваются друг к другу. Частицы с двумя одинаковыми зарядами (обе частицы заряжены положительно или отрицательно) отталкиваются друг от друга.

В наше время нельзя представить себе жизнь без электричества. Оно достаточно плотно вошло в нашу жизнь. Электричество используют для освещения, для передачи информации с помощью телефона, телевидения и радио. Электричество - это источник питания электрических двигателей трамваев, поездов в метро, троллейбусов и электричек. Электричество необходимо для работы различных бытовых приборов, которые значительно улучшают нашу жизнь.

Я узнал, что термин «электричество» появился без малого 500 лет назад. Английский физик Уильям Гильберт исследовал электрические явления и заметил, что многие предметы, подобно янтарю, после натирания притягивают к себе более мелкие частицы. Поэтому в честь ископаемой смолы он назвал это явление электричеством (от лат. Electricus – янтарный). К слову сказать, задолго до Гильберта такие же свойства янтаря заметил древнегреческий философ Фалес и описал их. Но право называться первооткрывателем все же досталось Уильяму Гильберту, потому что в науке есть традиция – кто первый начал изучать, тот и является автором.

Некоторые материалы, например, металлы пропускают через себя электричество. Они называются проводниками. Для подачи электричества из одного места в другое используют металлические провода. Природное электричество вырабатывается путем погружения пары соединенных цинковых и медных пластин в фрукт, овощ, воду или грязь. Одна пластина - цинковая- отрицательно заряженный электрод, а другая-медная - положительно заряженный электрод. Когда мы эти металлы погружаем, например, в овощ происходит химическая реакция. В результате чего освобождаются отдельные электроны. Цинк поставляет больше электронов чем медь. Они направляются от цинковой пластины к медной, и создается электрический ток.

  2. 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).   А еще бывают «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 - торпеда, 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. Рыбы используют разряды: чтобы освещать свой путь; для защиты, нападения и оглушения жертвы; передают сигналы друг другу и обнаруживают заблаговременно препятствия.

Глава 2. Практическая часть.

Мои опыты

Для проведения опытов я взял 2 вида картофеля(сырого), затем поработав с ними, выяснил, что у красного картофеля напряжение чуть больше и начал работать с ним. Один и тот-же клубень даёт большее напряжение, если его разрезать. Затем провел те же опыты с лимоном. Разница в напряжении на картофеле и лимоне не значительная. Силу тока удалось получить от лимона. Но мощность настолько мала, что её не хватит для заряда батареи телефона. Результаты измерений приведены в таблицах. Фотографии размещены в приложении.

Сок картофеля содержит в себе растворенные соли и кислоты, которые являются естественным электролитом. Внутри картофеля, из-за окисления, с погруженного анода (оцинкованный контакт) утекают электроны. А притягиваться они будут к другому контакту — медному. Таким образом, картофель может питать не только людей, но и электроприборы. При этом электричество здесь образуется не прямо из картошки. Оно хорошо вырабатывается именно благодаря химическим процессам между тремя элементами:

• Цинк 

• Медь 

• Кислота. 

И именно цинковый контакт здесь служит как расходный материал. Все электроны утекают с него. При определенных условиях даже земляная почва может дать электричество. Главное условие - ее кислотность.

Итак, вот что необходимо для сборки более или менее емкостной батарейки:

• Картошка

• Цинковые пластины - это минусовой контакт (анод)  

• Медные пластины - это плюс (катод)  

При этом увеличение расстояния между электродами в одной картофелине особой роли не играет. Далее раскладываем картофелины и последовательно втыкаете в них пластины. При этом в каждый клубень втыкаются разные пластины. То есть в каждую картошку должен быть воткнут одни цинковый контакт и один медный. Соединяются разные клубни между собой, только через пластины из различных материалов - медь цинк - медь цинк и т.д. Подключаем провода вольтметра к проводникам крайних картофелин, т.е. к начальному плюсовому контакту (медь) и конечному минусовому (цинк).

Казалось бы, все, цель достигнута, и осталось только найти способ подключить проводки к контактам зарядного устройства. Однако проделав такую процедуру и собрав конструкцию из восьми половинок картофелин, мы были разочарованы итоговым результатом, так как при увеличении напряжения до 2,5 В, сила тока в цепи была 0А, следовательно, и мощность нулевая (Р = U*I). Потому что, к сожалению, такой гальванический элемент дает ничтожно низкий ток, что даже наши мультиметры не способны его замерить, тем более этого недостаточно, чтобы зарядить телефон.

Можно предположить, раз не хватает тока, нужно добавить еще побольше картошки и все получится. При последовательном соединении десятков и сотен картошек, увеличится напряжение, но не будет самого главного - достаточной емкости для увеличения силы тока. Да и конструкция вся эта не будет рационально пригодной.

Заключение

Электричество - это то, без чего мы просто уже не можем обойтись. И как вы знаете его получают из не возобновляемых источников энергии и возобновляемых. Но существует еще третий – экзотический вариант получения электроэнергии, например, из овощей и фруктов.

Выводы:

Из картофеля и лимона можно получить электрический ток, но телефон он не зарядит, так как при наличии напряжения, сила тока нулевая у картофеля и очень мала у лимона, соответственно мощность нуль ватт или очень мала. Полученное таким способом электричество просто невыгодно. Способ получения электричества из различных продуктов не несет никакой практической пользы, а является лишь мотивационным материалом, призывающим заинтересовать маленьких детей к изучению такой интересной и увлекательной науки как Физика.

Литература

1. Дитрих А.К., Юрмин Г.А., Кошурникова Р.В. Почемучка (энциклопедия для школьников). – М., Педагогика-Пресс, 2003.

2. Ленгли Э. Первая энциклопедия / Пер. с англ. А. В. Мясникова. – М.: ЗАО «РОСМЭН – ПРЕСС», 2010 г.

3. Леокум А. Детская энциклопедия «Скажи мне почему?» - М.: Фирма «Джулия», 1992 г.

4. Чижевский А.Е. Я познаю мир. Экология. – М.: АИСТ, 2009 г.

5. http://www.tutoronline.ru/blog/otkuda-berjotsja-jelektrichestvo

Приложение

Опыты с картофелем (белый и красный)

Опыты с лимоном.

8