Научно-исследовательская работа «Альтернативные источники энергии – фруктово-овощные батарейки»

Акмолинская область город Степногорск школа-гимназия №6 имени Абая Кунанбаева
Халонин Александр
2 класс
Альтернативные источники энергии – фруктово-овощные батарейки
Направление: научно-технический прогресс как
ключевое звено экономического
роста
Секция: математика

Руководитель: Гамастинова Алиса Юрьевна,
учитель начальных классов
Степногорск, 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Глава 1.Теория электричества: основные понятия 4
1.1 А что же такое электричество? 4
1.2 Как получается электричество? 5
1.3 Какие бывают источники электроэнергии? 6
1.4 Что такое электролит? 6
1.5 Что такое электрическая цепь? 6
Глава 2.Фруктово - овощная батарейка 7
2.1 Эксперимент и его анализ 7
2.2 Об использовании фруктов и овощей для получения
электричества 9
Заключение 10 Список использованной литературы Отзыв руководителя
Приложение

АБСТРАКТ
Цель исследования: исследовать электрические свойства фруктов и овощей.
Задачи исследования:
1.Познакомиться с устройством батарейки и его изобретателями.
2.Узнать, какие процессы протекают внутри батарейки.
3.Экспериментально определить напряжение внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею.
4. Собрать цепь, состоящую из нескольких таких батареек и постараться зажечь лампочку.
5. Узнать, используются ли овощные и фруктовые батарейки на практике.
Гипотеза: предположим, что фрукты и овощи обладают электрическими свойствами и могут служить простейшим источником электрического тока.
Объект исследования: фруктовые и овощные батарейки.
Предмет исследования: получение электрического тока.
Методы исследования:
Экспериментальный метод
Метод обработки результатов
Метод сравнения
Анкетирование
Новизна исследования: в данном проекте мною была исследована возможность получения источников питания из фруктов и овощей.
Результаты работы, выводы: выдвинутая в ходе исследования гипотеза подтвердилась - исследуемые нами фрукты и овощи обладают электрическими свойствами и их можно использовать в качестве простейшего источника электрического тока.
Области практического использования результатов: эксперимент можно использовать например для электрической диагностики. Сейчас очень актуален вопрос поиска биологических источников энергии, чтобы не загрязнять планету, а использовать то, что есть в природе.
ВВЕДЕНИЕ
Наша работа посвящена необычным источникам энергии.
В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами.
Впервые о нетрадиционном использовании фруктов мы прочитали в книге Николая Носова. По замыслу писателя, Коротышки Винтик и Шпунтик, жившие в Цветочном городе, создали автомобиль, работающий на газировке с сиропом.
Еще я узнал, что компания Sоnу на научном конгрессе в США представила батарейку, работающую на фруктовом соке. Если «заправить» такую батарейку 8 мл сока, то она сможет проработать в течение одного часа. Применяться новинка может в плеерах, мобильных телефонах.
А группа ученых из Великобритании создала компьютер, источником питания для которого является картошка. За основу был взят старый компьютер с маломощным процессором Iпtе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питается это устройство 12 картофелинами, которые меняются каждые 12 дней.
Я задумался над вопросом, зачем люди тратят время на создание «фруктовых» батареек, ведь уже создано большое разнообразие батареек, аккумуляторов и других элементов питания. Ответ показался мне очевидным. Мы очень часто покупаем элементы питания для игрушек, часов, фонариков, телефонов. На это тратятся денежные средства. Возможно, что можно заменить дорогие гальванические элементы самодельными фруктовыми и овощными батарейками, тогда будет экономия.
Если верить интернет-источникам, то когда у меня дома отключат электричество, я смогу некоторое время освещать его при помощи лимонов.
Я решил проверить лично, возможно такое или нет. А вдруг овощи и фрукты хранят еще какие-нибудь секреты?
В результате нам захотелось узнать как можно больше о необычных свойствах овощей и фруктов.
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Сегодня нам трудно представить жизнь без электричества. В современной жизни нас окружает множество электрических приборов: компьютеры, телевизоры, холодильники и др. Но электричеством человек смог пользоваться только с 1800 года, когда Алессандро Вольта изобрел первую батарею и тем самым дал миру первый надежный постоянный источник тока.
1.1 А что же такое электричество?
-3244852076454119245131445
Электричество – это одна из форм энергии, передающаяся по проводам. Когда электричество бежит по проводам, оно называется электрическим током. Электричество точно также течет по проводам, как и вода течет в реке.
Электричество используются для производства тепла, света, звуков и движения – оно может заставить работать все виды машин.
-18097566675 Слово «электричество» произошло от греческого слова «электрон», в переводе с греческого - «янтарь». Еще в 600 году до н.э. греки знали, что если потереть янтарь, то он способен притягивать к себе маленькие кусочки пробки и бумаги.
-214566597345530289501035050Следующий важный шаг был сделан в 1733 году, когда француз по имени дю Фэй открыл положительные и отрицательные электрические заряды, хотя он думал, что это были два разных вида электричества.
Наука об электричестве начала бурно развиваться с того момента, как в 1800 году физик Алессандро Вольта изобрел батарею.
Он открыл, что электричество можно получить и химическим путем, опуская в раствор кислоты пластины из различных металлов.
Это изобретение дало людям первый постоянный и надежный источник энергии и повлекло за собой все важные открытия в этой области.
1.2 Как получается электричество?
Ученые установили, что электричество — поток мельчайших (крошечных) заряженных частиц — электронов. Электричество, согласно этой теории, движущийся поток электронов или других заряженных частиц. Каждый электрон несет небольшой заряд энергии. Причина возникновения электричества заключается в том, что заряд делится на положительные и отрицательные заряды. Соответственно, заряды с одним знаком отталкиваются друг от друга, а с разными – притягиваются. Двигаясь по металлической проволоке, которая является проводником, эти заряды и создают электричество.
1.3 Какие бывают источники электроэнергии?
Существуют разные виды источников электроэнергии. Но главный источник – это электростанции. Электричество также можно сохранять в батарейках, аккумуляторах.
Можно получить электрическую энергию и химическим путем. Для этого мы будем использовать безопасные химические реактивы. В частности, вкусные и полезные фрукты.
1.4 Что такое электролит?
Электролит – вещество или раствор, который проводит электрический ток вследствие распада на ионы (тоже очень маленькие частички). Ионы в электролите движутся хаотически т.е. беспорядочно до тех по пока в раствор не опускаются электроды: положительный и отрицательный. Это приводит к тому, что их движение направляется к ответствующим электродам. Положительно заряженные стремятся к отрицательным, а отрицательно заряженные к положительным. Так возникает электрический ток.
1.5 Что такое электрическая цепь?
-70485130810
Чтобы лампочка загорелась, электричество должно побежать от источника тока (батарейки) по проводам через лапочку и обратно к источнику. Такое замкнутое кольцо называется электрической цепью. Движение электронов по цепи - электрический ток. Пока по цепи идёт ток, лампочка горит. Если цепь разомкнуть – например, отсоединить провод от батарейки, - лампочка погаснет.
ФРУКТОВО - ОВОЩНАЯ БАТАРЕЙКА
2.1 Эксперимент и его анализ
Перед началом эксперимента мы предложили детям, из моего класса ответить на вопросы анкеты (приложение 1).
Результаты анализа анкеты показали следующее:
- 100% детей знают, что такое батарейка;
- 100% детей знают, что такое электричество;
- 100% уверены в том, что лампочка без электричества не загорится;
- 80% детей считают, что фрукты и овощи не могут заменить батарейку;
- 90% детей считают, что от фруктово-овощной батарейки лампочка не загорится.
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.
Но мы не привыкли верить всем на слово, поэтому решили проверить это на опыте. В качестве метода исследования мы выбрали эксперимент.
Итак, для создания батарейки мы взяли:
лимон, яблоко, грушу, банан, апельсин, луковицу, картофелину сырую, свеклу;
несколько медных пластин;
оцинкованные пластины;
провода;
мультиметр
лампочку (светодиод).
-196853619540887651214120Большинство фруктов содержит в своем составе слабые растворы кислот. Именно поэтому их можно легко превратить в простейший гальванический элемент. Мы зачистили медный и цинковый электроды с помощью наждачной бумаги. А теперь достаточно их вставить в овощ или фрукт и получается «батарейка». Электроды располагали на одинаковом расстоянии друг от друга.
Приступаем к измерению тока во фруктах и овощах. Прежде всего, мы помяли все лимоны. Надавливали пальцами и катали их до тех пор, пока они не стали мягкими. Это делается для того, чтобы внутри лимона появился сок. Этот шаг очень важен - от него зависит эффективность эксперимента.
Вставили в лимон медную и оцинкованную пластины. Подсоединили к пластинам мильтиметр и увидели на табло результат. Эту операцию проделали со всеми фруктами и овощами, а результаты занесли в таблицу (приложение 2).
1986915128270
4057015368300-146685368300
2105660624840-2540-35560
-203835251460
-10795066040
Что нас удивило, так это то, что не только картофель и лимон, но и почти все фрукты и овощи дают электричество!
Теперь составим рейтинг овощей и фруктов, которые способны нам дать больше всего электрического тока (приложение 3). Можно подвести промежуточные итоги. Результат получился не слишком разным. Напряжение оказалось в пределах от 0,69 Вольта у свеклы до 1 Вольта у яблока. На диаграмме отчетливо видно, что напряжение в яблоке самое высокое.
Изучая полученные данные, мы предположим, что чем выше напряжение тем ярче будет свечения светодиода.
Теперь мы можем попробовать использовать полученное электричество. Взяли маленькую светодиодную лампочку. Подсоединили её к контактам от лимона. Лампочка не загорелась. Значит, напряжение слишком мало. Чтобы увеличить напряжение в нашей батарейке, нужно соединить элементы проводами последовательно, то есть по очереди друг за другом, так чтобы
ток пошёл по цепочке от «+» одного фрукта к «-» другого фрукта, и так дальше. Тока от нескольких фруктов должно быть больше.
-146685-469903777615-46990Соединяем последовательно лимон и яблоко. Лампочка снова не горит. Мы не отчаиваемся, подсоединяем третий элемент в нашу электрическую цепь – еще лимон. Пробуем. Есть результат! Лампочка горит очень слабо. Напряжение – 2,24 вольта. Затем подсоединили еще один лимон. Наш светодиод начинает светиться ярче! Напряжение при этом достигает 2,38 вольта. Потом мы добавили две картофелины, напряжение увеличилось до 2,45 вольт, а светодиод загорелся еще ярче.
Сравнивая результаты экспериментов (мы составляли разные фруктово-овощные батарейки), мы очень удивились. Сначала предполагали, что ярче всего будет гореть лампочка от цитрусовых фруктов (лимона и апельсина), так как эти фрукты более кислые. А оказалось, что ярче всего горит лампочка, если мы используем яблоки. Немногим меньше яркость свечения от лимонов.
Научное обоснование: в этой самодельной батарейке оцинкованная пластина действует как отрицательный электрод, а медная пластина - как положительный. Сок является электролитом, его положительно заряженные ионы водорода взаимодействую с цинком.
Главное, нам стало понятно, что чем больше мы включаем в цепь последовательно элементов, тем больше получается напряжение. А чем больше мы включаем элементов параллельно, тем больше сила тока. Но не следует забывать, что мощность нашей батарейки зависит только от количества овощей и фруктов, но и от их свежести. На просторах Интернета есть легенда, что одному человеку пришло в голову взять 500 фунтов (226,8 кг) картофеля для выработки электричества, которого хватило, чтобы питать аудиосистему. Даже его соседям было слышно музыку! Нам же удалось добиться получить самое большее - 5,24 вольта от 8 разных овощей и фруктов.
Таким образом, наша гипотеза подтвердилась. Представленная нами модель служит прямым доказательством того, что фрукты и овощи обладают электрическими свойствами и могут служить простейшим источником электрического тока.
2.2 Об использовании фруктов и овощей
для получения электричества.
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
Работа, которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на все интересовавшие меня 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.
Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками электрического тока являются лимон, груша, картофель.
Я учился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы. Я научился определять напряжение внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею.
Мне очень понравилось ставить эксперименты самому. Оценивать получившийся результат.
Без электричества в наше время просто невозможно представить нормальную жизнь. Оно светит, греет, даёт нам возможность общаться на огромных расстояниях друг от друга и т. п. Электрический ток приводит в действие самые различные приборы. Поэтому если представить, что однажды электричество может исчезнуть одновременно на всей планете, жизнь человека резко изменит свое направление. Мы уже не можем обходиться без электрического тока, ведь он питает и заставляет работать  практически все механизмы и приборы, придуманные человеком.
Выводы:
Электричество – это одна из форм энергии. Электричество состоит из крошечных заряженных частиц. Электрический ток это движущийся поток электронов или других заряженных частиц. Существуют разные виды источников электроэнергии: электростанции, батарейки, аккумуляторы. Для образования электрического тока в проводнике нужно создать в нём электрическое поле.
Можно получить электрическую энергию химическим путем. Для этого мы использовали безопасные химические реактивы - вкусные и полезные фрукты и овощи. В них содержится сок, который служит электролитом.
Представленная нами модель служит прямым доказательством того, что исследуемые фрукты и овощи обладают электрическими свойствами и их можно использовать в качестве простейшего источника электрического тока.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Моя первая энциклопедия / пер. с англ. В.А.Жукова, Ю.Н.Касаткиной, Д.С.Щигеля - М, 2010
Большая книга "Почему" / пер.с итальянского О.Живаго - М, 2012
Перельман Я.И. Научные фокусы и загадки. Издательство АСТ МОСКВА, 2009
Юному эрудиту обо всём/энциклопедия для детей. Москва «Махаон», 2005
Обо всём на свете/энциклопедия для детей. Москва «Махаон», 2005
http://digit.ru/technology/20100707/252798803.htmlhttp://www.mobime.ru/news/2006/04/18/potatoes_battery.htmlhttp://nepropadu.ru/blog/Masterskaia/4748.htmlhttp://ru.wikipedia.org/wiki/Батарейкаhttp://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_ток

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Анкета «А знаете ли Вы?»
Ф.И. да нет
Знаете ли Вы, что такое батарейка? Знаете ли Вы, что такое электричество? Можно ли зажечь лампочку если нет электричества? Можно ли заменить батарейку овощами или фруктами? Может ли от фруктов и овощей загореться лампочка?
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Результаты измерения напряжения и силы тока в овощах и фруктах.
Напряжение, V Сила тока, А
Яблоко 1 0,16
Лимон 0,85 0,15
Банан 0,79 0,13
Груша 0,9 0,16
Апельсин 0,75 0,08
Лук 0,73 0,15
Свекла 0,69 0,08
Картофель 0,87 0,43

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Сравнительная характеристики показателей электрического тока
фруктов и овощей.


ОТЗЫВ о научной работе ученика 2 класса
школы-гимназии №6 им. Абая Кунанбаева г.Степногорска Акмолинской области Халонина АлександраАльтернативные источники энергии –
фруктово-овощные батарейки

Актуальность и новизна исследовательская работы состоит в установлении свойств фруктов и овощей, как биологического источника энергии, необходимого для полноценного развития клеток организма и как источника экологически чистой электрической энергии.
Автора очень увлекла работа по созданию экологически чистой батарейки из фруктов и овощей. Им просмотрены телепередачи, изучены детские энциклопедии по теме работы. Он научился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы. Познакомился с работой мультиметра, обучился определять напряжение внутри фруктово-овощной батарейки и силу тока создаваемую ею.
Работа состоит из аннотации, введения, теоретической (рассмотрены теоретические аспекты электричества) и практической (описан сам эксперимент) частей, заключения, выводов, списка литературы и приложения, в котором отражены анкета, таблица и диаграмма.
Достоинством работы является заинтересованность автора в исследовании возможности получения источников питания из фруктов и овощей. Им отмечено, что такие батарейки не приносят вреда для окружающей среды в отличии от химических гальванических элементов, которым требуется десятки лет для разложения в почве и тем самым они загрязняют природу.
Практическая значимость применения фруктово –овощных батареек заключается в том, что исследуемые фрукты обладают электрическими свойствами и их можно использовать в качестве простейшего источника электрического тока.
Руководитель Гамастинова А.Ю.