Как получить электричество: необычный эксперимент

Министерство образования Свердловской области

Муниципальное автономное образовательное учреждение лицей № 88

Научно-практический проект

Как получить электричество:

необычный эксперимент

Выполнил учащийся 1 «А» класса

МАОУ лицей № 88

г. Екатеринбург

Дьячков Всеволод Максимович

Научный руководитель:

Классный руководитель

1 «А» класса МАОУ лицей № 88

г. Екатеринбург

Друзина Ирина Владимировна

Екатеринбург 2016

Оглавление

Введение

Актуальность проблемы исследования. Начиная с младенческого возраста, основной вопрос ребенка – «Почему?» Я люблю задавать этот вопрос взрослым постоянно, но ответ мне нужен серьезный, не детский. Так мы входим в мир науки, начинаем знакомиться с некоторыми изобретениями, понимаем устройство многих приборов, их значение в нашей жизни.

В современном мире мы очень сильно зависим от электричества: без него почти ничего не может работать. И с развитием новых технологий появляется все больше вещей, которые требуют электропитания.

Такие вопросы интересуют и меня: как работают батарейки и аккумуляторы, которые необходимы в большом количестве приборов? Сложно или просто получить электроэнергию? Для этого я и решил провести эксперимент.

Степень разработанности проблемы. Современной физике известны многие способы получения электроэнергии. Но пока найти такой, чтобы он был безопасным для окружающей среды, дешевым, но мощным, очень сложно. Первый научный шаг в решении данного вопроса – эксперименты. Известно множество проведенных экспериментов научных и бытовых с выработкой электричества⁰.

Я хочу провести свой эксперимент, чтобы проверить, можно ли с помощью овощей и фруктов получить электричество, но, что более важно, понять, как это работает. Что влияет на электрический ток.

Это определило выбор проблемы исследования, объект и предмет, позволило сформулировать гипотезу, поставить цель и задачи проекта, определить методы анализа.

Объект исследования – способы и источники получения электричества.

Предмет исследования – научные эксперименты с овощами и фруктами для получения электричества.

Гипотеза исследования: самостоятельный эксперимент получения электричества позволяет получить и обосновать знания об электричестве, овощи и фрукты можно использовать в качестве аккумулятора.

Цель исследования состоит в том, чтобы провести эксперимент с выработкой электричества при помощи овощей и фруктов, понять принцип выработки электричества, выяснить, что влияет на мощность и величину напряжения электрического тока.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить литературу, на основе которой охарактеризовать источники и способы получения электроэнергии, сравнить их. Узнать о необычных экспериментах, направленных на поиск новых источников энергии.

2. Провести эксперимент с получением электричества из овощей и фруктов. Самому создать аккумулятор из овощей и фруктов.

3. Описать проведенный эксперимент с выработкой электричества, объяснить его научно. Зафиксировать этапы эксперимента и сделать выводы о том, что влияет на электрический ток.

Для проведения научного исследования в работе будут использованы следующие методы: изучение литературы, анализ, синтез, описание, эксперимент, опыт, обобщение, дедукция.

Практическая значимость работы состоит в том, что подобный эксперимент можно использовать на школьных уроках Окружающего мира для объяснения принципа работы аккумулятора, получения электрического тока.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех параграфов, заключения, библиографического списка, приложений.

1. Тайна электричества:

источники и способы получения электроэнергии

Электричество окружает нас очень повсюду. Я понял, насколько важно оно тогда, когда у нас в доме отключили электроэнергию в связи с ремонтными работами. И тогда дома ничего не работало: мама не могла приготовить еду, телевизор не работал, даже вода из под крана перестала бежать, так как насосы не работали. Единственный прибор, который работал, - это был градусник, измеряющий температуру тела. А работал он потому, что был на батарейках. И я понял, что мы в большой степени зависим от электричества. Оно играет большую роль в нашей жизни.

Откуда оно берется? Ответ «из розетки» меня не устраивает, я хочу знать, как его получают в мире.

Вариантов получения электрической энергии множество. Существует множество способов получения электроэнергии, они разные по мощности, влиянии на экологию и т.д.

Давайте посмотрим на основные источники электроэнергии. Итак, в 1882 г. Томас Эдисон сделал и запустил одну из первых тепловых электростанций (сокращённо она называется ТЭС). Она использовала для своего движения паровой двигатель. Он заставлял двигаться паровозы, производственные станки, и первая электрическая станция также работала на нём.

Водяные мельницы, также широко использовались с давних времён. Используя работу этой мельницы и электрогенератора, строятся гидроэлектростанции. Гидроэлектростанция представляет собой специальное сооружение, которая устанавливается на местах падения воды, тем самым используя её силу для непосредственного вращения своего электрического генератора. Гидроэлектростанции можно отнести к наиболее безвредным способам добычи электрической энергии, так как при её эксплуатации не происходит топливное сжигание, оставляющее отходы.

Относительно недавно начали широко использоваться атомные электростанции. Они общим своим принципом работы очень похожи на тепловые электростанции. Основная разница заключается лишь в том, что тепловые электростанции применяют для получения пара горючее топливо, ну, а в атомных электростанциях основным источником нагрева воды является тепловая энергия, которая выделяется при ядерной реакции. То есть в реакторе атомной электростанции содержится радиоактивное топливо, которое дает большое количество теплоты. Это тепло и используется для нагрева котла с водой. Этот водяной пар под большим давлением заставляет вращаться лопасти турбины и вал электрического генератора.

Кроме рассмотренных источников электроэнергии, также существует множество других. Например, ветряные электрические генераторы, которые способны преобразовать силу ветра в электрический ток. При наличии ветра лопасти начинают вращаться, что вращает и генератор.

Сейчас широко используют солнечные батареи как в космосе, в промышленности, так и в быту.

Потребности общества в электроэнергии большие и постоянно растут. Поэтому используют все способы производства электричества. Но одни из них более опасные, другие – менее, одни дорого построить, другие – дешевле.

Сравним распространенные способы электричества и представим в Таблице 1:

Таблица 1

Способы производства электроэнергии

Как видно из таблицы, идеального способа получения электричества нет. Но будущее электроэнергии стоит за возобновляемыми источниками энергии, широким использованием силы ветра и солнечного света. Главная задача науки состоит в том, чтобы создать такие электростанции, которые будут неопасными для экологии, относительно дешевыми, но вместе с тем очень мощными.

2. Поиск новых источников энергии: необычные эксперименты

Современный мир очень хорошо понимает значимость электричества для жизни. С одной стороны, стоимость электроэнергии растет, с другой, появляется все больше техники, уровень энергопотребления в обществе неуклонно растет. Это приводит к необходимости поиска дешевых источников генерирования электроэнергии, снижения потребления электричества каждым отдельным предметом техники.

Ученые, рационализаторы проводят множество экспериментов, чтобы найти различные источники получения электричества.

Эксперимент отличается от опыта тем, что он проводится впервые и должен подтвердить или опровергнуть гипотезу, а опыт выполняется с заранее определённым результатом⁰.

Так, несколько лет назад ученые Израиля компании Yissum Research Development доказали, что можно сделать электрическую батарею, которая работает на основе вареного картофеля.

Ученые считали, что картофельное электричество в 5-50 раз дешевле получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, в несколько раз экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения.

«Возможность обеспечивать себя электроэнергией с помощью столь простых и естественных средств очень ценна для миллионов людей в развивающемся мире. Эта технология в буквальном смысле несет свет и связь в те районы, где сейчас нет электрической инфраструктуры», – сказал глава компании Yissum Research Development (Израиль) Яков Михлин.

Разработчики обнаружили, что, если до использования картофель отварить, то мощность устройства возрастет в 10 раз. Батареи на вареной картошке способны работать несколько дней и даже недель, утверждают изобретатели⁰.

Представители российской компании «Оптоган» попробовали провести опыт с картофелем для получения электричества. Им понадобилось 400 картофелин, чтобы зажечь светодиодную лампу, мощностью 60 W.

Идея, что картофель можно использовать в выработке электроэнергии, получила дальнейшее развитие. А можно ли использовать апельсины, лимоны и другие овощи и фрукты, я решил узнать.

Мне стало интересным, смогу ли я провести подобный опыт и узнать, каковы возможности овощей и фруктов в выработке электричества.

Гипотеза такая: если овощи и фрукты соединить между собой проводами, на концах сделать медный и цинковый гвоздь, то появится электрический ток, и это будет работать как аккумулятор.

Следующим шагом будет проверка гипотезы.

3. Описание и объяснение эксперимента с выработкой электричества

Я вместе с папой изучаю технические науки, ремонтируя мототехнику. Так стало понятно, почему нужен бензин, что значит двигатель внутреннего сгорания, зачем нужны свечи и в чем причины того, что техника не заводится. Оказывается, что принцип работы автомобильного аккумулятора⁰ можно понять в ходе эксперимента с получением электричества из различных овощей и фруктов.

Для проведения эксперимента необходимо взять следующие компоненты (см. Рис. 1 Приложения):

1. медная проволока,

2. оцинкованные шурупы,

3. провода с зажимами

4. прибор для измерения мощности силы тока – мультиметр,

5. светодиодная лампочка.

Для сравнения взяли различные овощи и фрукты: апельсин, грейпфрут, лимон, яблоко, картофель, морковь, лук, чеснок (см. Рис. 2 Приложения).

Эксперимент состоит из 4 этапов:

Таблица 2

Эксперимент

Этап 1.В ходе проведения первого этапа в каждый овощ и фрукт воткнем кусочек проволоки и шуруп, так, чтобы они не касались друг друга. С помощью вольтметра измеряем напряжения у каждого овоща и фрукта (см. Рис. 3 – 10 Приложения). Полученные данные сведем в таблицу и расположим по степени убывания напряжения.

Таблица 3

Электрическое напряжение овощей и фруктов

Вывод 1. Видно, что различия в электрическом напряжении не очень большие. Выяснили, что размер овоща на величину напряжения не влияет. Так, грейпфрут самый большой, но по сравнению с другими цитрусовыми величина напряжения у него почти такая же.

На втором этапе соединили овощи и фрукты в единую электрическую цепь и измерили напряжение (см. Рис. 11, 12 Приложения). Взяли пять элементов: картофель, лимон, апельсин, грейпфрут и яблоко. В каждый воткнем кусочек проволоки и гвоздь, так, чтобы они не касались друг друга, подсоединим последовательно все апельсины. Сравнили, получилось ли итоговое напряжение равным сумме величин напряжения каждого овоща-фрукта. Из таблицы получается, что вся сумма должна составить

1,03 + 0,96 + 0,96 + 0,94 + 0,9 = 4,79

У нас на мультиметре зафиксировано 4.57. Это на 0,22 меньше. Это может быть связано с тем, что есть некоторые небольшие потери из-за длины цепи и прочности соединения.

Мы подождали 5 минут, чтобы выяснить, влияет ли время на величину напряжения цепи. Напряжение начинает падать. После дополнительных 5 минут напряжение упало почти до 4.

Вывод 2: овощ и фрукт не дают долго вырабатывать электричество. Значит, такой аккумулятор недолговечный. Но еще поняли, что чем больше размер фрукта или овоща, тем дольше он сохраняет величину электрического напряжения.

Этап 3: пытались определить опытным путем, сколько надо овощей и фруктов, чтобы зажглась лампочка. Так как лампочка трехвольтовая, то необходимо не меньше трех овощей. Но оказалось, что понадобилось шесть. (см. Рис. 13 Приложения).

Лампочка зажглась, но светила очень бледно по сравнению с тем, если бы мы ее подключили к батарейке. В чем причина? Ведь электрического напряжения хватает. В электрическом токе есть еще одна характеристика – мощность силы тока. Так вот ее не достаточно, для того чтобы лампочка горела ярче и дольше. Надо отметить, что мы взяли современную лампочку – светодиодную, которая является экономичной, мало потребляет электроэнергии. Для всех других лампочек нужно больше и мощности, и напряжения.

Попытаемся объяснить это, не изучив пока еще курс физики в школе.

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Мы взяли два подходящих металла, цинк и медь. Между ними может создаваться напряжение, создастся движение заряженных частиц. Чтобы частицы могли быстрее передвигаться, а значит, создавалось электричество, необходимо вещество, которое проводит электрический ток, его называют электролит. Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот и солей. Поэтому овощ, фрукт, в которых содержатся органические кислоты, очень хорошо подходят в качестве электролита. Чем больше их будет, тем больше будет напряжение.

Основные выводы эксперимента:

• каждый овощ или фрукт может использоваться в качестве аккумулятора, с помощью которого создается электрический ток,

• размер овоща или фрукта не влияет на величину электрического напряжения,

• размер овоща влияет на продолжительность напряжения в цепи: чем больше фрукт, тем дольше по времени сохраняется величина напряжения,

• чем длиннее цепь (больше овощей), тем больше будет суммарное напряжение,

• для того, чтобы зажглась светодиодная лампочка, необходимо не только соответственное напряжение, но и мощность цепи.

• продолжительность эксперимента небольшая – около часа может гореть лампочка.

Цель эксперимента достигнута, мы поняли принцип работы аккумулятора и выяснили возможности овощей и фруктов при выработке электроэнергии. Гипотеза об использовании овощей и фруктов для появления электрический ток и как аккумулятор подтвердилась.

Конечно, использование в промышленных целях потребует большого пребольшого количества таких овощей или фруктов. Но это вопрос науке: как это можно использовать в дальнейшем, чтобы вырабатывать электроэнергию было дешевле и проще.

Заключение

В результате изучения в литературе вопроса получения электричества я понял, что вариантов получения электрической энергии множество. Существует много способов получения электроэнергии, они разные по мощности, влиянии на экологию и т.д. Идеального способа получения электричества нет. Но будущее электроэнергии стоит за возобновляемыми источниками энергии, широким использованием силы ветра и солнечного света. Главная задача науки состоит в том, чтобы создать такие электростанции, которые будут неопасными для экологии, относительно дешевыми, но вместе с тем, очень мощными.

Современный мир очень хорошо понимает значимость электричества для жизни. С одной стороны, стоимость электроэнергии растет, с другой, появляется все больше техники, уровень энергопотребления в обществе неуклонно растет. Это приводит к необходимости поиска дешевых источников генерирования электроэнергии, оптимизации потребления электричества.

Ученые, рационализаторы проводят множество экспериментов с различными, часто даже необычными, источниками получения электричества.

Я провел собственный эксперимент с овощами и фруктами для получения электричества. И выяснил, что каждый овощ или фрукт может использоваться в качестве аккумулятора, с помощью которого создается электрический ток. А также выяснил, что влияет на мощность и напряжение электрического тока.

Гипотезу эксперимента подтвердили, мы поняли принцип работы аккумулятора и выяснили возможности овощей и фруктов при выработке электроэнергии.

Опыт интересен и тем, что с помощью овощей, фруктов и проволоки можно выработать электричество и понять, как это устроено.

В дальнейшем я хочу провести эксперимент с электродвигателем и дать этому научное объяснение.

Библиографический список

1. Перельман Я. Занимательная физика. Книга 1. – М.: Римис, 2015. – 290 с.

2. Стёпин. B. C., Б. Г. Юдин. В. П. Филатов. А. В. Симонов. Ф. Генберг. Наука. Гуманитарная энциклопедия [Электронный ресурс] // URL: http://gtmarket.ru/concepts/6860

3. Блог школьного всезнайки [Электронный ресурс] // URL http://e-parta.ru/tech/item/4620-8-izobretenij-detej-perevernuvshikh-mir.html

4. Занимательная физика официальны сайт информации по физике [Электронный ресурс] // URL http://занимательная-физика.рф

0^ Перельман Я. Занимательная физика. Книга 1. – М.: Римис, 2015. – 38 C.

0^ Стёпин. B. C., Б. Г. Юдин. В. П. Филатов. А. В. Симонов. Ф. Генберг. Наука. Гуманитарная энциклопедия [Электронный ресурс] // URL: http://gtmarket.ru/concepts/6860

0^ Блог школьного всезнайки [Электронный ресурс] // URL http://e-parta.ru/tech/item/4620-8-izobretenij-detej-perevernuvshikh-mir.html

0^ Аккумулятор – источник тока многоразового действия, используется для электропитания электротехнических устройств и оборудования. Процитировано по: Занимательная физика официальны сайт информации по физике [Электронный ресурс] // URL http://занимательная-физика.рф