Исследовательская работа ««Электрическое» яблочко»

СОДЕРЖАНИЕ
Введение2
Источники тока. Химические источники тока3
Экспериментальная часть. Результаты исследования5
Практическое применение электрических свойств
фруктов и овощей 11
Заключение 12
Список использованных источников 13

Ничего не бойся –
Ты делаешь для всех.
Лишь на себя надейся
И верь в большой успех.
Получится, как надо,
И даже сверх того.
Познаний путь не гладок,
Давай начнём с него!
ВВЕДЕНИЕ
Цель работы: исследовать возможности использования фруктов и овощей в качестве химических источников электрического тока.
Задачи работы:
познакомиться с устройством батарейки и его изобретателями;
определить фрукт или овощ, дающий максимальное значение напряжения и электрического тока;
проверить «фруктовые батарейки» на возможность использования для питания электроприборов.
Актуальность работы:
На сегодняшний день мы не можем представить свою жизнь без электричества. Наиболее распространенными источниками тока являются химические. Область применения химических источников тока чрезвычайно широка – от миниатюрных элементов питания кардиостимуляторов до водородных топливных батарей, обеспечивающих энергией космические корабли. Без химических источников тока сегодня было бы невозможным не только использование разнообразной бытовой техники от плейера до мобильного телефона, но и обеспечение работы сложнейших приборов и компьютерной техники. Даже некоторые виды современного оружия приводятся в действие от сигнала, обеспечиваемого электрической батарейкой.
Гипотеза: предполагаю, что овощи и фрукты могут быть химическим источником электроэнергии, так как в них содержатся соли и кислоты.
Предмет исследования: фрукты и овощи, различные металлы – электроды.
Методы исследования:
эксперимент
наблюдение
сравнение
анкетирование
Практическое значение исследования: применение в чрезвычайных ситуациях «фруктовых» источников тока для питания электроприборов малой мощности.
ИСТОЧНИКИ ТОКА. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
Источники тока – устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии источники тока условно можно разделить на химические и физические.
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 пластине (аноде) стали 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 батарейки в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами.
Всего через год после этого, в 1803 году, русский физик Василий Петров для демонстрации электрической дуги собрал самую мощную химическую батарею, состоящую из 4200 медных и цинковых электродов. Выходное напряжение этого монстра достигало 2500 вольт. Впрочем, ничего принципиально нового в этом «вольтовом столбе» не было.
В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля».
Начало промышленного производства первичных химических источников тока было заложено в 1865 г. французом Ж. Л. Лекланше, предложившим марганцево-цинковый элемент с солевым электролитом.
В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia». Самый долгоживущий гальванический элемент - серно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840г.
Современные гальванические элементы внешне имеют мало общего с устройством, созданным Алессандро Вольта, однако базовый принцип остался неизменным. Батарейки производят и сохраняют электричество. Внутри сухого элемента, питающего прибор, есть три главные части. Это отрицательный электрод (), положительный электрод (+) и находящийся между ними электролит, представляющий собой смесь химических веществ. Химические реакции заставляют электроны двигаться от отрицательного электрода через прибор к положительному электроду. Благодаря этому прибор и работает. По мере того как химикалии расходуются, батарейка садится.
Корпус батарейки, который делают из цинка, снаружи может быть покрыт картоном или пластиком. Внутри корпуса находятся химикалии в виде пасты, а у некоторых батареек посредине есть угольный стержень.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Ученые утверждают, что если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи лимонов. Ведь в любом фрукте и овоще есть электричество, поскольку они заряжают нас, людей, энергией при их употреблении.
Перед началом работы проведено мини – исследование: опрос учащихся начальных классов, которым был задан вопрос «Могут ли фрукты и овощи быть источником электроэнергии?». В опросе приняли участие 28 человек. Результаты опроса:
32 % (9 учеников ответили) – «да»
32% (9 учеников ответили) – «нет»
36 % (10 учеников ответили) – «не знаю»

Я решила проверить это на опыте. Для проведения эксперимента использовала:
лимон, мандарин, яблоко, киви, апельсин, сырой картофель и соленый огурец;
медные, алюминиевые, цинковые пластины;
провода, зажимы;
мультиметр;
электронный термометр.
Большинство фруктов содержит в своем составе слабые растворы кислот. Именно поэтому их можно легко превратить в простейший гальванический элемент.
Результаты исследований
Сравнила напряжение на клеммах при использовании электродов из одного и того же металла.

№ п/п Медь Алюминий Цинк
U, мВ U, мВ U, мВ
Лимон 32 28 80
Мандарин 27 26 51
Яблоко 74 1 69
Киви 45 30 43
Апельсин 24,9 21 48
Картофель 23 22 45
Соленый огурец 65 47 40
Вывод: напряжение на клеммах из одинаковых электродов очень мало.
Сравнила напряжение на клеммах при использовании электродов из различных металлов.

№ п/п Медь - алюминий Алюминий –
цинк Медь -цинк
U, В U, В U, В
1. Лимон 0,57 0,48 0,92
2. Мандарин 0,42 0,39 0,84
3. Яблоко 0,22 0,34 0,97
4. Киви 0,21 0,53 0,62
5. Апельсин 0,46 0,41 0,88
6. Картофель 0,43 0,24 0,55
7. Соленый огурец 0,59 0,54 0,87
Вывод: максимальное напряжение наблюдается на клеммах медно-цинковой пары. Из данного эксперимента также можно сделать вывод, что максимальное напряжение в медно-цинковой паре даёт яблоко. Хотя у лимона более кислая среда и, казалось бы, скорость химической реакции должна быть выше.
Сравнила значение электрического тока при использовании электродов медно – цинковой пары.

№ п/п Медь-цинк
U, В I, mA
1. Лимон 0,92 1,89
2. Мандарин 0,84 0,09
3. Яблоко 0,97 1,9
4. Киви 0,62 0,5
5. Апельсин 0,88 1,09
6. Картофель 0,55 1,4
7. Соленый огурец 0,87 1,85
Вывод: величина силы тока, вероятно, связана с кислотностью продукта. Чем больше кислотность, тем больше сила тока.
Сравнила напряжение на клеммах от расстояния между электродами. Для этого расположила электроды на расстоянии 2 см друг от друга и измерила напряжение, а затем провела аналогичное измерение при расстоянии между электродами 4 см.
№ п/п Медь-цинк
2 см 4 см
U, В U, В
1. Лимон 0,92 0,91
2. Мандарин 0,84 0,82
3. Яблоко 0,97 0,96
4. Киви 0,62 0,61
5. Апельсин 0,88 0,61
6. Картофель 0,55 0,54
7. Соленый огурец 0,87 0,86
Вывод: значение напряжения не зависит от расстояния между пластинами.
Сравнила напряжения при последовательном соединении нескольких фруктов или овощей.

№ п/п Медь-цинк
1 шт2 штU, В U, В
1. Лимон 0,92 1,76
2. Мандарин 0,84 1,54
3. Яблоко 0,97 1,9
4. Киви 0,62 1,51
5. Апельсин 0,88 1,31
6. Картофель 0,55 0,97
7. Соленый огурец 0,87 1,65
Вывод: напряжение при последовательном соединении нескольких фруктов или овощей растет.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФРУКТОВ И ОВОЩЕЙ
«Фруктовая» батарейка может быть использована для питания только маломощных приборов, таких как электронные часы, калькулятор, термометр и т.п.
Возьмём электронный термометр и лимоны. Соединим последовательно в батарею два источника из лимона и подсоединим к ней (соблюдая полярность) термометр. Мы увидели, что термометр работает. В работе представлена фотография термометра, работающего от батареи источников тока из двух лимонов.

Недавно израильские ученые изобрели новый источник экологически чистого электричества. В качестве источника энергии необычной батарейки исследователи предложили использовать вареный картофель, так как мощность устройства в этом случае по сравнению с сырым картофелем увеличится в 10 раз. Такие необычные батареи способны работать несколько дней и даже недель, а вырабатываемое ими электричество в 5-50 раз дешевле получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, вшестеро экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения.
Индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В своей работе я исследовала возможность использования фруктов и овощей в качестве химических источников электрического тока.
Сравнила напряжение на клеммах при использовании электродов из различных металлов. Опыты показали, что максимальное напряжение наблюдается на клеммах медно-цинковой пары. А яблоко и лимон дают наибольшее напряжение, что означает наличие большего количества солей и кислот именно в этих фруктах.
Убедилась, что напряжение на клеммах химического источника тока не зависит от расстояния между электродами.
Батарейка из фруктов может быть использована для питания только маломощных приборов, таких как электронные часы, калькулятор, и т.п. Сделала батарейку из двух лимонов и использовали её для питания термометра.
Гипотеза о том, что овощи и фрукты могут быть химическим источником электроэнергии, так как в них содержатся соли и кислоты, нашла подтверждение в ходе экспериментов.
Данное исследование может быть продолжено: в частности, можно исследовать различные «фруктовые» источники тока на предмет их разрядных характеристик. Так же можно установить – зависит ли напряжение «фруктовой» батарейки от площади электродов и т.п.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Ванклив, Дж. Занимательные опыты по физике/ Дженис Ванклив; пер. с англ. Н.Липуновой. – М.: АСТ: Астрель, 2008.
Горев, Л.А. Занимательные опыты по физике/ Л.А.Горев – М.:Просвещение, 1997
Гулиа, Н.В. Удивительная физика/ Н.В.Гулиа – М.: «ИздательствоНЦ ЭНАС», 2005.
Кирилова, И. Г. Книга для чтения по физике/ И.Г.Кириллова - Москва: Просвещение 1986.
Журнал «Квант», №6, 2010.
Журнал «Наука и жизнь», №10, 2004.
Энциклопедический словарь юного физика. - М.: Педагогика, 1991.
Энциклопедический словарь юного техника. - М.: Педагогика, 1980.
СЕТЕВЫЕ РЕСУРСЫ
http://www.kvant.info/ - «Квант» – физико-математический журнал;
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/ - статья «Степени окисления».