"Как добыть электричество из овощей и фруктов"

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Домодедовская средняя общеобразовательная школа №6

Исследовательский проект

«Как добыть электричество из овощей и фруктов»

Работу выполнили:

Бафаев Артём и Лебедев Михаил

4 «А» класс

МАОУ Домодедовская СОШ №6

Руководитель проекта:

Каунова Ирина Владимировна

Домодедово, 2019 г.

Содержани

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

Введение 3

I.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4

Ii.Практическая часть 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 10

Использованная литература 11

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 12

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 13

Однажды на просторах интернета мы нашли видео, где подробно рассказывалось как из обычного картофеля сделать батарейку, которая могла бы питать карманный фонарик и даже смартфон. Нас очень заинтересовала эта тема ведь в современном мире нам трудно представить свою жизнь без использования многочисленных электроприборов. Работая над поиском материала к нашему проекту, мы узнали об удивительных источниках электроэнергии. Например, на юго-восточном побережье Австралии запущена первая в мире электросиловая установка, использующая в качестве топлива ореховую скорлупу. А индийские ученые придумали другой альтернативный источник питания. Они решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Внутри такие батарейки содержат пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди.

Итак, наша работа посвящена необычным источникам энергии. Мы попробуем получить электричество из овощей и фруктов.

Тема проекта: «Как добыть электричество из овощей и фруктов»

Цель исследования:

Выяснить можно ли получить электрический ток из овощей и фруктов.

Задачи исследования:

• познакомиться с принципом работы батарейки;

• провести опрос одноклассников о возможности использования фруктов и овощей в качестве батарейки.

• попробовать получить электричество из подручных материалов;

• сделать вывод.

Гипотеза: фрукты и овощи являются источником электрического тока и из них можно сделать батарейку.

Объект исследования: фруктовые и овощные батарейки.

Предмет исследования: электрический ток, полученный из овощей и фруктов.

Методика проведения исследования:

• изучение теории;

• проведение опытов;

• анализ.

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.

Ещё в VI веке до н.э. древнегреческий ученый Фалес Милетский первым обнаружил способность янтарной палочки, натёртой мехом, притягивать к себе мелкие частицы. Однако, чтобы объяснить это явление и научиться его использовать, человечеству понадобилось ещё два тысячелетия. Электричество – это природное явление, которое обусловлено основополагающим свойством материи иметь заряд.

О сновоположником в этой области стал итальянский физик и физиолог Луиджи Гальвани (1737-1798). Ещё в 1791 году он совершенно случайно изобрёл первый источник электрического тока. Явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. Гальвани подумал, что это электричество есть в теле самой лягушки, и назвал это явление «животным электричеством».

Его работы подкорректировал и развил итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827). Появление электричества он объяснил взаимодействием двух различных металлов между которыми образуется с помощью проводника химическая реакция. Для подтверждения своей теории Вольта создал нехитрое устройство из двух металлических пластин (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.

Гальванический элемент — это химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Таким образом, в гальванических элементах химическая энергия переходит в электрическую. Электрический ток – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Заряженные частицы (обычно это электроны или ионы) текут по проводам, как вода в реке, и несут с собой энергию, которая и заставляет электроприборы работать.

Итак «день рождения батарейки» - 20 марта 1800 года. Представляет она собой источник питания, который вырабатывает электричество под действием химического процесса.

В о время археологических раскопок неподалеку от Багдада в 1938 году была обнаружена загадочная находка. Это был глиняный сосуд около 13 сантиметров в высоту. Горлышко его было залито битумом, а через слой битума пропущен железный прут со следами коррозии. Внутри сосуда прут окружал медный цилиндр. Все было сделано очень просто и напоминало примитивную электрическую батарею. Ученые установили, что этот древний гальванический элемент был создан за 2000 лет до рождения Алессандро Вольта.

Около 25% сухих батарей выполнены на основе марганцово-цинкового элемента Лекланше, названный по имени его изобретателя Ж. Лекланше (1865 г.) – одного из первых наливных элементов. В сухом элементе Лекланше имеется графитовый положительный электрод, окруженный электролитом в виде смеси диоксида марганца, графитового порошка, хлорида аммония, хлорида цинка и воды. Эта смесь служит также деполяризующим агентом, предотвращающим образование газообразного водорода внутри элемента. Если не предотвратить образование водорода, то под давлением газа батарейка раздувается, в результате чего нарушается ее герметичность и из нее вытекает электролит. Электролит и графитовый электрод находятся в тонкостенном цинковом стаканчике, который, выполняя функции защитного корпуса, служит также отрицательным электродом батарейки.

В элементе Лекланше электричество вырабатывается за счет химического взаимодействия электролита с цинковым электродом. При подключении к зажимам батарейки внешней нагрузки, скажем лампочки карманного фонарика, через лампочку начинает проходить ток от цинкового электрода к графитовому. Ток не прекращается, пока не растворится почти весь цинк. После этого батарейка теряет работоспособность, и ее необходимо заменить.

В се 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.

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.

Мы провели опрос среди одноклассников, чтобы выяснить, что им известно о возможности получения электричества из овощей и фруктов, и получили следующие результаты (Приложение 1): 70% учащихся не знают ничего о том, кто изобрел батарейку; примерно 30% сомневаются в существовании возможности получения электрического тока из овощей и фруктов, а 50% вообще не представляют, как такое возможно.

Именно поэтому мы думаем, что наша работа должна быть интересна и познавательна для наших одноклассников и не только для них.

Попробуем разгадать секреты электрического тока.

С очные фрукты, молодой картофель и другие пищевые продукты могут служить питанием не только для людей, но и для электроприборов. Чтобы добыть из них электричество, понадобятся оцинкованная пластина (либо практически любой гвоздь или шуруп) и медная проволока (в нашем случае использовалась медная пластина). Чтобы зафиксировать присутствие электричества, мы использовали мультиметр, а более наглядно продемонстрировать успех помогли светодиодная лампочка и электронные часы, рассчитанные на питание от батареек.

Суть опыта в том, чтобы поместить медный и цинковый электроды в кислую среду, будь то овощ или фрукт. Для нашего эксперимента мы использовали картофель и лимон. Оцинкованная пластина послужат нам отрицательным электродом, или анодом. Медную пластину назначим положительным электродом, или катодом.

Р азомнув лимон в руках, мы разрушили внутренние перегородки. Затем мы воткнули наши пластины так, чтобы электроды располагались как можно ближе друг к другу, но не соприкасались. Чем ближе будут находиться электроды, тем меньше вероятность, что они окажутся разделены перегородкой внутри фрукта. В свою очередь, чем лучше ионный обмен между электродами внутри батарейки, тем больше ее мощность.

Картофель — от природы прекрасный корпус и электролит для гальванического элемента. Картошка стабильно давала нам напряжение 0,4 В с одного элемента, тогда как лимон демонстрировал результат в районе 0,5 В.

Чтобы зажечь лампочку, достаточно напряжения в 3 Вольта. Но, проведя опыт, обнаруживаем, что она не загорелась, так как силы тока недостаточно.

Заменив лампочку на светодиод (1,5 В), сталкиваемся с аналогичной проблемой. Нам по-прежнему не хватает силы тока.

Усложним нашу конструкцию. Берем на этот раз две картофелины и собираем из них два гальванических элемента, соединив их последовательно проводом.

В дальнейшем мы соединили последовательно три гальванических элемента и снова попытались подключить светодиод. И, о чудо, он зажегся!

В ходе этого опыта мы выяснили, что от трех лимонов светодиод горит значительно лучше, чем от такого же количества картофеля.

Переходим к заключительной части нашего эксперимента. Попробуем включить электронные часы.

М еталлические пластины с картофелем формируют простую батарею, которая вырабатывает электричество для работы часов. Каждая картофелина действует как прибор, называемый гальваническим элементом. Он преобразует химическую энергию, запасающуюся в металлических пластинах, в электрическую. Две картофелины нужны для того, чтобы выработать количество электроэнергии, достаточное для работы часов.

Гальванический элемент действует на основе химических свойств металлов внутри него (в нашем случае, это медь и цинк). Разные свойства вызывают движение крошечных частиц (ионов) между пластинами металлов. Этот поток является электрическим током. В картофеле находятся частицы, способствующие протеканию тока, но он исчезает при соприкосновении металлов. Электрический ток течет также по проводам между цинковой и медной пластинами и между часами. Ток заставляет часы работать. Наша гипотеза нашла своё подтверждение: фрукты и овощи являются источником электрического тока.

В заключении мы решили усложнить нашу конструкцию из гальванических элементов и создать более длинную цепь, соединив последовательно «лимонную» и «картофельную» батарейки. Цель этого опыта – еще раз попытаться включить 3В лампочку. Однако из-за недостатка силы наш опыт не удался. Более подробно с ним можно ознакомиться в Приложении 2.

Работа, которой мы занимались, показалась нам очень увлекательной и познавательной. Мы смогли ответить на все интересовавшие нас 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.

Выводы:

• используя фрукты и овощи можно создать батарейку, однако полученный источник тока можно использовать только для приборов с низким потреблением энергии;

• для более мощной батарейки надо больше овощей и фруктов.

Важно понимать: электричество вырабатывается не из лимона или картошки. Это вовсе не та энергия химических связей в органических молекулах, которая усваивается нашим организмом в результате потребления пищи. Электроэнергия возникает благодаря химическим реакциям с участием цинка, меди и кислоты, и в нашей батарейке именно оцинкованная пластина служит расходным материалом.

Мы научились делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперименты, делать выводы. Также мы смогли получить электрическое напряжение внутри овощей и фруктов.

Нам очень понравилось ставить эксперименты, оценивать получившийся результат. Однако не всегда опыт удается, хотя теоретически так должно быть. Например, нам не удалось зажечь лампочку на 3 В. Возможно, когда-нибудь мы попробуем создать более длинную цепь. В процессе работы над проектом нам пришла в голову мысль о том, что наш проект будет познавателен и для других ребят. Поэтому мы планируем продемонстрировать наш опыт во всех начальных классах нашей школы.

1. Макаллан К. Я люблю читать-4 уровень Энергия/Макаллан К. – Издательство Махаон, 2008 г. 32с

2. Что такое энергия? /Земцова Т. Перевод Гришин А. – Издательство Махаон, 2014 г 32с.

3. Большая энциклопедия знаний/ Пер. с немецкого Л.С. Беловой, Е.В. Черныш. – М: Эксмо, 2013. – 344с.

Мы провели опрос среди одноклассников, чтобы выяснить, что им известно о возможности получения электричества из овощей и фруктов, и получили следующие результаты:

Знаешь ли ты, кто изобрел батарейку (гальванический элемент)?

а) Бенджамин Франклин;

б) Алессандро Вольта;

в) Затрудняюсь ответить.

Что содержится в батарейке?

а) Знаю;

б) Не знаю.

Как ты думаешь, возможно ли получить электрический ток из овощей и фруктов?

а) Да;

б) Нет, сомневаюсь;

в) Не знаю.

Мы решили усложнить нашу конструкцию из гальванических элементов и создать более длинную цепь, соединив последовательно «лимонную» и «картофельную» батарейки. Цель этого опыта - включить 3В лампочку.

Нам понадобились 3 лимона, 3 картофеля, 6 медных и 6 цинковых пластин, провода для соединения и 3В лампочка.

Для увеличения напряжения мы соединили последовательно несколько фруктов и овощей, создавая необходимое напряжение.

Шаг 1. Взяли лимон, с одной стороны воткнули оцинкованную пластину, с другой – медную.

Шаг 2. Присоединили к лимону при помощи соединительного провода еще один фрукт с цинковой пластиной, а с другой – воткнули медную пластину.

Шаг 3. Аналогичным образом подсоединили остальные элементы: лимон-лимон-лимон-картофель-картофель-картофель.

Шаг 4. В лимоне осталась одна свободная цинковая пластина, а в картофеле – медная. К ним мы подсоединили мультиметр. В данной цепи было обнаружено требуемое электричество - 3,05 В!

Но, проведя опыт с лампочкой (3 В), она не загорелась, т.к. не хватило силы тока.