Необычные источники тока

Управление образования администрации Алнашского района

МБОУ Старо-Шудьинская основная общеобразовательная школа

Необычные источники тока

Выполнил:

ученик 7 класса Иванов Иван

Руководитель:

учитель физики Салякудинова

Гульфинур Зиннатовна

д. Старая Шудья

Содержание

1. Введение…………………………………………………………… ………2- 3

2. Обзор литературы ………………………………………………………...4

2.1. Опыты Гальвани …………………………………………………………4

2.2. Изобретение Вольта ……………………………………………………..5-6

3.1 Методика проведения исследования. ………………………………... 7

Эксперимент 1……………………………………………………………… 7

Эксперимент 2……………………………………………………………… 8

Эксперимент 3-10…………………………………………………………… 8-9

3.2 Источник тока из грунта…………………………………………………9-10

IV. Выводы…………………………………………………………………. 11

V. Литература………………………………………………………………. 12

VI. Приложение……………………………………………………………. 13

I. Введение

Представьте себе такую ситуацию. С друзьями или целым классом вы на несколько дней отправились в туристический поход. С тех пор, как появилась мобильная телефонная связь, мы так привыкли к мобильникам, что без них не представляем себе даже туристический поход. Можно сидя у костра послушать музыку, пуститься в пляс, сфотографировать, позвонить родителям. А зарядка телефона не бесконечна! Если ещё и второпях забыли его подзарядить. Но ведь не положишь в рюкзак электрогенератор или запас аккумуляторов! Надо изыскать какой-то простейший источник питания, способный подзарядить мобильник. Источник, который можно было бы изготовить прямо на месте, причем без больших затрат.

И такой источник есть: это гальванический элемент.

Актуальность работы. Работа посвящена необычным источникам электрического тока и представляет собой анализ различных литературных источников, данные которых проверялись в ходе исследований и экспериментов. В настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет актуальное значение. Есть весьма интересный и положительный опыт учёных физиков из Индии. Они изобрели батарейки, в состав которых входят фрукты и овощи. Внутри батарейки содержится паста из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей и фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. От четырех таких батареек могут работать настенные часы, электронная игра или карманный калькулятор. Новинка рассчитана в основном на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощную массу для подзарядки биобатареек.

В данной работе осуществлена попытка поиска источников электрического тока в отдельных видах овощей и фруктов. Поскольку себестоимость производства этих продуктов ниже себестоимости традиционного производства

электроэнергии, использование их в качестве источника электроэнергии весьма интересно. Этим и объясняется выбор данной темы.

Цель работы: Проверить могут ли доступные нам фрукты и овощи выполнять роль источника тока.

Задачи:

1. Ознакомиться с принципом работы гальванического элемента или батарейки.

2. Создать фруктовую, овощную батарейку и батарейку из солёногогрунта.

3. Провести исследования фруктово-овощных батареек.

4. Сконструировать простое зарядное устройство и испытать его действие.

5. Сконструировать электромагнит, как потребителя тока и испытать его.

Предмет исследования: изучение овощных и фруктовых источников тока.

Объект исследования: фрукты и овощи, обычный грунт

Гипотеза: Фрукты и овощи состоят из различных минеральных веществ (электролитов), значит из них можно сделать гальванический элемент- химический источник тока(батарейку).

II. Обзор литературы

2.1. Опыты Гальвани

В конце 1780 года профессор медицины Болонского университета Луиджи Гальвани наблюдал явление сокращения мышц лапки препарированной лягушки при контакте с различными металлическими проводниками:

1) Использовал латунный крючок, пропущенный через спинной мозг лягушки так, что лапки лягушки касались серебряной чашки.

2) На балкон вывешивались на медных проволочках отпрепарированные лягушачьи лапки, которые содрогались при контакте с железными прутьями балкона.

3) Когда до лягушачьих лапок касались два одинаковых металлических проводника, сокращение мышц не происходит.

4) Испытывались такие тела, как стекло, смола, сухое дерево,- содрогания не наблюдались.

«Это заставляло меня предполагать, что электричество находится внутри животного», - писал Л. Гальвани. Он показал, что для эффекта необходимы металлы; он показал, что при телах, не являющихся проводниками электричества, никакого эффекта нет; наконец, он показал даже, что разные металлы дают разный эффект. Но он не обратил внимания на то, что эффект наблюдался только при наличии двух различных металлов. Гальвани приписывал металлам лишь пассивную роль проводников электричества.

Рис.1. Л.ГАЛЬВАНИ.

2.2. Изобретение Вольта

Трактат Л. Гальвани «Об электрических силах в мускуле» вышедший в 1791 году потрясает итальянского физика Александро Вольта. Он перечитывает трактат и находит в нем то, что ускользнуло от внимания самого автора, - упоминание о том, что эффект содрогания лапок наблюдался лишь тогда, когда лапок касались двумя различными металлами. Вольта решает поставить видоизмененный опыт, но не на лягушке, а на самом себе. Он берёт две монеты из разных металлов и кладёт их себе в рот – одну на язык, другую под язык. Соединив монеты проволокой, ощущает солоноватый вкус электричества. Поставив друг на друга свыше ста цинковых и серебряных кружков, разделённых влажным кружком из бумаги, А. Вольта получает мощный источник тока – так называемый «вольтов столб».

Сразу вслед за этим Вольта сделал еще одно изобретение - он изобрел

электрическую батарею, пышно названную "короной сосудов" и состоявшую из многих последовательно соединенных цинковых и медных пластин, опущенных попарно в сосуды с разбавленной кислотой, - уже довольно солидный источник электрической энергии. Солидный, конечно, по тем временам: сейчас с помощью "короны сосудов" можно было бы привести в действие разве что электрический звонок.

20 марта 1800 года А. Вольта сообщил о своих исследованиях Лондонскому королевскому обществу. Можно считать, что с того дня источники постоянного электрического тока - Вольтов столб и батарея стали известны многим физикам и нашли широкое применение. Хотя силы Вольтова столба хватило бы только на то, чтоб зажечь всего лишь одну слабую лампу.

Рис. 3. Вольтов столб

А известный русский ученый Петров в 1802 г. изготовил огромную батарею. Она состояла из 4200 медных и цинковых кружков, между каждой парой которых прокладывали картонные кружочки, пропитанные раствором нашатыря. Эта батарея представляла собой 2100 медно-цинковых гальванических элементов, соединенных последовательно. Напряжение на ее зажимах составлял около 1650-1700 В.. Это был первый в истории источник постоянного тока сравнительно высокого напряжения.

3. Источники тока.

Источник тока - это устройство, в котором происходит  преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника. В мире существует 4 вида источника тока. Это химический (гальванические элементы, аккумуляторы), механический (генераторы), термический (термоэлементы) и фотоэлементы.

Принцип работы химического источника основан на том, что некоторые пары металлов при соприкосновении в электролитической среде (раствор или расплав кислот, солей или оснований) вырабатывают электрический ток. Их называют гальваническими парами. Например, медь и алюминий составляют гальваническую пару и потому медный провод нельзя напрямую соединять с алюминиевым. В месте их контакта возникает электрический ток (так как воздух является электролитом), из-за этого образуется закись меди, что приводит к нарушению контакта.

3.1.Методика проведения эксперимента

Цель: изготовление химического источника тока из лимона.

Как проходил эксперимент №1: Я взял большой лимон и две пластины – медную и железную. Воткнул пластины в лимон на некотором расстоянии друг от друга. Получился гальванический элемент - батарейка. Присоединив к ним вольтметр, измерил вольтметром напряжение, а миллиамперметром силу тока.

После этого я взял ещё один лимон и две пластины: железную и медную. Образовал последовательно соединённую цепь из двух источников-лимонов. Также измерил силу тока и напряжение.

Вывод. Лимон может выполнять роль источника тока. Вольтметр и миллиамперметр работали. В этой самодельной гальванической батарейке железная пластинка - отрицательный электрод, а медная - положительный. Электролитом является лимонный сок. При последовательном соединении сила тока и напряжение увеличиваются.

Эксперимент № 2. Гальванический элемент из яблока

Цель: из яблока изготовить источник тока.

Как проходил эксперимент № 2.

Для эксперимента я взял большое красное яблоко, две пластины – медную и железную и воткнул их в яблоко на некотором расстоянии друг от друга. Присоединив к ним вольтметр, измерил напряжение, а миллиамперметром силу тока.

Вывод. Я убедился, что и яблоко тоже может выполнять роль источника тока. В яблоках содержится кислота, которая является электролитом. Если два разнородных металла погрузить в электролит, происходит перенос заряда, возникает ток и электрическое напряжение.

Эксперимент № 3 -10

Затем я провел опыты с грушей, апельсином, бананом, морковью, луковицей, картофелем, свеклой и солеными огурцами.

Как проходили эксперименты № 3-10: мои действия были такие же, как и в двух предыдущих экспериментах – я брал перечисленные овощи и фрукты, две пластины – медную и железную и вставлял их в овощи и фрукты на некотором расстоянии друг от друга. Присоединив к ним вольтметр, измерил напряжение, а миллиамперметром силу тока.

Вывод. Я убедился, что все они могут выполнять роль источника тока и «работать» как батарейки.

В каждом эксперименте я измерял напряжение и силу тока. Результаты измерений занес в таблицу и построил сравнительную диаграмму для напряжений. Анализируя диаграмму, можно сделать вывод, что самое большое напряжение дает соленый огурец, немного меньше груша, апельсин, лимон, лук, а у свеклы и банана - самое низкое. Сила тока самая большая тоже у солёного огурца. Это объясняется тем, что в солёном огурце присутствует в большом количестве раствор поваренной соли, который сам является очень хорошим проводником. В данном эксперименте сила тока у апельсина и луковицы получились равными. Затем, по мере убывания значения силы тока идёт картофель. Самое маленькое значение силы тока показали яблоко и банан.

Из двух солёных огурцов я также составил последовательно соединённую цепь и измерил напряжение и силу тока. Получился, я бы сказал, даже хороший результат: напряжение - 1,4 В, а сила тока - 38 миллиампер. Напряжение «батарейки» из двух солёных огурцов примерно равно напряжению обычного «пальчикового» гальванического элемента.

Для испытания овощных и фруктовых источников я сконструировал свой потребитель тока - светодиодную ламу на подставке, так как для её свечения нужен малый ток. Соединил лампу к источнику из двух солёных огурцов, но лампа не загорелась – напряжения не хватило. Значит, надо соединить хотя бы ещё один «огуречный» элемент.

3.2.Источник тока из грунта

Мы сможем получить простой источник питания, если куски железной и медной проволоки (это будут электроды, образующие гальваническую пару) воткнем во влажный грунт (электролит). Этот элемент даст едва заметный ток. Усилим его, заменив куски проволоки пластинами – чем бóльших размеров, тем лучше. Еще больше усилим, пропитав грунт солевым раствором.

Я взял две пластмассовые стаканчики, наполнил их обычным грунтом с огорода, полил их сильно солёным раствором и хорошо перемешал. Воткнул те же пластины в стаканчики и измерил напряжение и силу тока. Результат был прекрасным: почти как в случае из двух огурцов. К этим двум стаканам я добавил ещё такие же два с солёным грунтом и соединил их последовательно.

Измерил напряжение (2,2В) и силу тока(50мА). Соединил к этому источнику лампу. Ура! Светится!

Нужно сделать ещё несколько таких гальванических элементов из солёного грунта и соединить их последовательно. Получим батарею гальванических элементов. Так мы достигнем напряжения, достаточного для подзарядки  аккумуляторов сотового телефона или других устройств.

Да, такой простой источник питания примитивен и имеет невысокий коэффициент полезного действия. Зато он

– крайне дешевый и делается из материалов, которые буквально валяются под ногами (пластинки металла, обрезки труб, проволока, полиэтиленовые мешочки);

– не имеет никаких подвижных частей и не требует обслуживания (разве что время от времени придется поливать грунт для поддержания влажности): один раз изготовил, и пользуйся, сколько хочешь;

– работает независимо от погодных условий (не требует солнца или ветра);

–  прост в изготовлении: его легко сделает любой школьник младших классов;

– очень мобильный, что важно для туристов: разбили стоянку, достали из рюкзака электроды, воткнули их в землю, вылили пару котелков воды и – гуляй. За ночь будут заряжены аккумуляторы мобильных телефонов, фонариков, фотоаппаратов, раций и навигаторов

Из медной проволоки, двух пластмассовых стержней разного диаметра и четырёх колпачков от пластиковых бутылок я смастерил две катушки. На катушке большего диаметра количество витков проволоки получилось 270, а на меньшего диаметра – 220. Соединил катушки по очереди к источнику тока из солёного грунта, вставил во внутрь катушки железный гвоздь. Преподнёс катушку к железным иголочкам, они притянулись к катушке. Так я сконструировал и испытал ещё один интересный прибор-электромагнит.

III. Выводы

1. Выяснив принцип работы батареек, я пришел к выводу, что необходимым условием работы батарейки является присутствие  ионов водорода в овощном и фруктовом соке. Все фрукты содержат фруктовые кислоты являющиеся электролитами. Если два разнородных металла погрузить в электролит, происходит перенос заряда. В самодельном гальваническом элементе железная пластина действует как отрицательный электрод, а медная – как положительный.

2.Проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о возможности создания источников питания из фруктов и овощей. Мною были сделаны гальванические элементы из различных овощей и фруктов: лимон, яблоко, картошка, лук, морковь, свекла, груша, апельсин, банан, соленый огурец.
3.Фруктовые батарейки дают очень слабый ток и небольшое напряжение в цепи. Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками электрического тока являются апельсин, лук и соленый огурец. Для получения более сильные источники нужно взять не менее 6-8 таких батареек и соединить их друг с другом последовательно. Так как при последовательном соединении напряжение увеличивается.

4. Во время туристического похода можно изобрести зарядное устройство. Не забудьте с собой прихватить несколько кусков металла, образующих гальваническую пару и проволоку. А соль у туристов всегда с собой.

5. Самодельный электромагнит можно применить на уроках физики, а так же для внеклассной работы с интересующимися физикой и техникой учениками.

IV. Литература

1. http://yandex.ru/images/search?text=гальвани%20луиджи

2.В. П. Карцев. Приключение великих уравнений. Источник: Книга для чтения по физике. Составитель И.Г. Кириллова. М. « Просвещение», 1996

5. http://www.nado5.ru/e-book/ehlnapryazhenie-voltmetr

6. И. Гуринович . Источник: http://alternattiveenergy.com/78-interesnye-fakty

7. http://radiokrot.ru/publ/istochniki_toka/1-1-0-40

Таблица 1.Сила тока и напряжение исследуемых овощей и фруктов

12