Вкусная батарейка». - Ya

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 19 с углубленным
изучением отдельных предметов»
Физика и техника
«Вкусные батарейки»
Автор: Миронов Егор Романович,
ученик 2 класса
Руководитель:
Герт Татьяна Феликсовна,
учитель начальных классов
г. Черногорск, 2014
Содержание:
Введение ………………………………………………………………...3-4
1.Электрический ток…………………………………………. …….. . 5
1.1 Что необходимо для создания электрического тока.....................5
1.2 Источники электрического тока.....................................................5
2. История создания батарейки……………………………………… .. 6
3.Экспериментальная работа………………………………………… ..7-9
4.Практическое применение электрических источников фруктов
и овощей…………………………………………………………………10
Заключение………………………………………………………………11
Список литературы
Приложения
2
Введение
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 заряжает и заставляет работать практически все
механизмы и приборы, придуманные человеком. Каково же было моё
удивление, когда я узнал, что овощи и фрукты могут стать источниками
тока.[2,стр. 18 – 21]
Я очень люблю читать журнал «Галилео». Это журнал для маленьких
ученых. В нём рассказывается об устройствах некоторых предметов, о великих
учёных и их открытиях. В каждом журнале есть простой опыт, который можно
провести самому. Прочитав статью «Лимонная батарейка»,[1, стр. 9 – 12]
решил проверить, на самом ли деле овощи и фрукты являются источниками
тока,которые можно использовать в работе батарейки. Я стал искать и изучать
литературу на данную тему.
Для того чтобы моя будущая батарейка заработала, я должен познакомиться
с её устройством, узнать историю создания, ответить на вопросы: что такое
электрический ток; источники тока. Так я и выбрал тему для своего
исследования. Эта идея и интересующие меня вопросы стали поводом для
проведения исследования, в котором моими помощниками и консультантами
стали учитель и папа.
Тема: «Вкусная батарейка».
Актуальность.
На сегодняшний день мы не можем представить свою жизнь без
электричества. Ученые всего мира ищут альтернативные экологически чистые
источники электричества.
Думаете, наука возможна только в больших лабораториях? Я докажу вам
обратное. Оказывается, простые вещи и явления, которые нас окружают, таят в
себе много загадок, и мы можем их разгадать!
Прийти к настоящему пониманию интересного и важного природного
явления – это цель исследовательской деятельности. Но чтобы достичь
большего, нужно начать с малого, с изучения элементарного. Если
элементарное будет понятно самому и доступно представлено другим, значит, в
будущем появятся новые научные открытия, высококвалифицированные
специалисты, которые будут работать на благо людей и государства.
Объект исследования: электрический ток.
Предмет исследования: фрукты и овощи - как источник тока.
Цель работы:использование фруктов и овощей в качестве источников
электрического тока.
Задачи работы:
1.
Выяснить, что такое электрический ток, источники тока.
Химические источники тока.
3
2.
3.
4.
5.
Познакомиться с историей создания батарейки,его изобретателем.
Создать действующую батарейку из разных овощей и фруктов, с
целью определения напряжения и силы тока; проверить «вкусные
батарейки» на возможность использования для питания
электроприборов.
Узнать, используются ли овощные и фруктовые батарейки на
практике.
Распространить материалы исследовательской работы среди
одноклассников с целью знакомства с данной темой.
Гипотезы:
 Разные фрукты и овощи дают разный по силе ток и разное
напряжение.
 Чем больше фруктов и овощей в электрической цепи, тем больше
будет мощность нашей батарейки.
Методы исследования:
эмпирические: изучение литературы и других источников, наблюдение,
описание, эксперимент, тестирование.
теоретические: анализ, сравнение, обобщение, определение понятий.
Практическая значимость работы.
Фруктовые и овощные батарейки можно использовать дома или на даче для
подсветки. Полученные мною результаты о живой природе можно
продемонстрировать на уроках «окружающего мира», а знания об
электрическом токе и батарейках пригодятся в дальнейшей учебе на уроках
физики и химии.
4
1.Электрический ток.
1.1 Что необходимо для создания электрического тока
Для начала разберёмся, что такое электрический ток. Электричество похоже
на множество маленьких сердитых пчелок, которые бегают по проводам и
заставляют приборы работать. Из литературных источников по физике я узнал,
что электрический ток — это упорядоченное движение электрически
заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в проводниках —
электроны. [5, стр.58].
Возникают вопрос: что означает слово «электрон»? (в переводе с греческого
означает «янтарь»). Еще Фалес Милетский (за 600 лет до н э.) заметил, что,
если янтарь сильно потереть о ткань, он начнет притягивать к себе легкие
предметы. [8].
Электроны - это мельчайшие элементарные частицы, обладающие
электрическим зарядом. Имя электронам дал англичанин Дж. Стоуни. Он
предложил называть так неделимую частицу заряда.[5, стр. 65]
Итак, для того, чтобы существовал электрический ток необходимо:
1.Свободные электроны(проводник).
2.Источники тока (электрическое поле).
3.Замкнутая электрическая цепь.
1.2 Источники электрического 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.[7, стр.49].
Химический источник тока - в результате химических реакций внутренняя
энергия преобразуется в электрическую.[9].
Например, гальванический элемент - в цинковый сосуд вставлен угольный
стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполненный смесью
оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе
нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает
отрицательный заряд, а угольный стержень - положительный заряд. Между
заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В
таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый
сосуд - отрицательным электродом.Приложение 4
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.
Батарея (элемент питания) - название источника электричества. Может
представлять собой одиночный гальванический элемент, аккумулятор или их
соединение в батарею для увеличения напряжения. Современные
гальванические элементы внешне имеют мало общего с устройством,
созданным Алессандро Вольта.[6,стр. 156].
5
2. История создания батарейки
Познакомимся с тем, кто изобрёл батарейку. Первая электрическая батарея
появилась в 1799 году.[4, стр.33].Приложение 3
Как-то раз Алессандро Вольта взял в руки исследования физиолога Луиджи
Гальвани «Об электрических силах в мускуле» и понял, что лапка лягушки
начинала дергаться только тогда, когда к ней прикасались двумя разными
металлами. Вольта решает поставить опыт Гальвани на себе: он взял две
монеты из разных металлов и положил их в рот - сверху, на язык, и под него.
Потом соединил монеты тонкой проволокой и почувствовал солоноватый вкус.
Вольта отлично знал – это вкус электричества, и рожден он был металлами.
Его первый источник тока – «вольтов столб» был построен в точном
соответствии с его теорией «металлического» электричества.
Для подтверждения своей теории Вольта создал нехитрое устройство из
набора цинковых и медных дисков, разделенных кусками ткани, пропитанными
подкисленной водой. Диски укладывались один на другой в виде столба.
Соединив медным проводом, первый диск из цинка с последним медным
диском, Вольта получил постоянный ток в результате химической реакции
между медью, цинком и кислым раствором. Как только кислота в растворе
истощилась, электрический ток исчезал. Таким образом, Вольта открыл, что
электрический ток возникает между двумя различными проводниками, если эти
проводники находятся в соответствующем контакте между собой.
Вольта был и первым испытателем своего прибора. Ученый опускал руку в
чашу с водой, к которой подсоединял один из контактов «столба», а к другому
контакту прикреплял проволоку, свободным концом которой он прикасался ко
лбу, к носу, к веку. Он чувствовал или укол, или резкий удар - и все это
аккуратно записывал. Иногда боль становилась невыносимой - и тогда Вольта
размыкал свою цепь. Он понял, что его «столб» - это источник постоянного
тока.
В 1800 году в журнале Лондонского королевского общества появилось
письмо Вольты с описанием «вольтова столб». Так была изобретена первая в
мире электрическая батарея. Хотя силы Вольтова столба хватило бы только на
то, чтоб зажечь всего лишь одну слабую лампу.
Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а его
источник энергии стал прародителем всех нынешних батареек, которые в честь
Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами.
6
3.Экспериментальная работа.
Изготовление действующей батарейки из овощей и фруктов («вкусная»
батарейка)
Цель: создание «вкусной» батарейки с целью определения напряжения и силы
тока в ней; выявление фрукта или овоща, дающего максимальное напряжение.
Материал:
-апельсин, банан, киви, лимон, яблоко, картофель вареный, лук, морковь,
чеснок;
- несколько кусочков медной изолированной проволоки длиной 15 - 20 смдля
создания положительного полюса;
- оцинкованные гвозди – для создания отрицательного полюса;
- светодиод;
- мультиметр – для измерения тока и напряжения
Эксперимент № 1. Приложение № 1
Описание и наблюдение:
1.Возьмем проволоку, зачистим противоположные концы на расстоянии 2–3 см.
2.Возьмем гвоздь и прикрутим его к одному из концов проволоки.
3.Вставляем электроды в яблоко (далее меняю на другие фрукты и овощи).
Примечание. При проведения опыта с лимоном, прежде всего, нужно его
помять. Это делается для того, чтобы внутри лимона появился сок. Этот шаг
очень важен - от него зависит эффективность опыта.
4.Прикрепляем к электродам при помощи медных проводов мультиметр, для
измерения тока и напряжения, вырабатываемые яблоком и другими фруктами
и овощами.
Наблюдаем, что при замене фруктов и овощей в батареи, стрелка мультиметра
меняет своё положение.
5.Измеряем вырабатываемый ток.
6.Измеряем вырабатываемое напряжение.
7.Результаты данных наблюдений вносим в таблицу.
Таблица 1.
Название овоща, фрукта
Яблоко
Апельсин
Банан
Картофель вареный
Киви
Лимон
Лук
Морковь
Чеснок
Ток, (Ампер)
0,13
0,12
0,05
0,19
0,18
0,28
0.10
0,11
0,10
7
Напряжение, (Вольт)
0,99
0,87
0,86
0,82
0,92
0,93
0,79
0,88
0,77
Рисунок 1- Результаты напряжения и силы тока внутри «вкусной» батарейки
Ток, Ампер
Яблоко
Апельсин
Банан
Картофель…
Киви
Лимон
Лук
Морковь
Чеснок
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Напряжение, Вольт
Полученные данные и выстроенная диаграмма наглядно показывает, что
максимальное напряжение даёт яблоко. Наибольший значение силы тока
выдаёт лимон. Чем больше кислотность, тем больше сила тока.
Вывод. Итак, гипотеза 1 нашла своё подтверждение: разные фрукты и овощи
дают разный по силе ток и напряжение.
Приступим к проверке второй гипотезы.
Цель: возможность при последовательном соединении подключить
электронные и настенные часы со стрелками.
Эксперимент № 2.Приложение 2
Описание и наблюдение:
Берём два яблока и два электрода: положительный «+»и отрицательный
«-», соединенные между собой электроды медным гибким проводом. Измеряем
ток и напряжение у двух яблок соединенных последовательно. Ток практически
не изменился. Напряжение увеличилось вдвое.
Попробуем подключить электронные часы.
Вывод: мы получили положительный результат, часы пошли.
Теперь подключаем настенные часы со стрелками. Часы стоят.
Берем еще одно яблоко, пробуем еще увеличить напряжение.
При добавлении третьего яблока видим закономерность: ток практически
остался прежний, а напряжение снова повысилось.
Подключаем часы. Часы снова не пошли.
Мы продолжали увеличивать количество фруктов. Но часы по-прежнему
стояли.
Подобный эксперимент мы провели с лампочкой накаливания и
светодиодом питанием на 3 Вольта. Светодиод у нас начал гореть с двух яблок
и лимона, а лампочку так и не удалось зажечь с шести фруктов.
Вывод. Эксперимент показал, что включить фруктово-овощную батарейку
может только энергоемкий прибор или устройство, т.е. с очень малым
потреблением электрической энергии. В ходе наших исследований мы
подтвердили гипотезу и решили все поставленные задачи. Использование
«фруктовой энергии» возможно!
8
Экспериментальная работа
Для выявления имеющихся представлений об электрическом токе у учеников 2
класса Б (25человек), была проведена следующая работа.
Ученикам был предложен тест. Приложение 5
Были зафиксированы результаты, которые представлены в таблице.
Таблица 2.
Количество
учеников
№ вопроса
1
2
3
а)10
а)3
а)13
25
б)2
б)4
б)7
в)13
в)4
в)17
Рисунок 2- Результаты тестирования на начальном этапе эксперимента
17
20
15
13
10
13
7
10
4
3
5
вопрос 2
4
вопрос 3
вопрос 2
вопрос 1
2
0
а)
вопрос 1
б)
вопрос 3
в)
Вывод.
Полученные данные и выстроенная диаграмма наглядно показывает,
что на начальном этапе результаты о понятие «электрический ток» у учеников
отсутствуют или имеют слабые представления о нём.
Ученикам был представлен теоретический материал и предложена
практическая работа с проведением экспериментов по изучаемой теме.
На контрольном этапе эксперимента был предложен тест, что и на
начальном этапе.
Рисунок 3- Результаты тестирования на контрольном этапе эксперимента
25
24 22
22
25
20
16
15
вопрос 1
0
10
0
5
вопрос 2
1
вопрос 3
0
0
а)
вопрос 3
вопрос 1
б)
в)
Вывод.
Данная диаграмма показывает, что по всем показателям уровень
представлений об электрическом токе увеличился. Вышесказанное
свидетельствует об эффективности проведения экспериментальной работы.
9
Практическое применение электрических источников фруктов и овощей.
«Фруктовая» батарейка может быть использована только для маломощных
приборов, таких как электронные часы, калькулятор, термометр.[3,стр.134-137].
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.[10,11].
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.
Японский производитель электроники Sony разработал экологически
чистые батарейки, которые работают на сахаре. Энергии таких батареек хватит
для работы плеера или диктофона.[РИА «Новости»]
10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Работа, которой 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, картофель, киви, яблоко.
Я убедился в том, что физика наука экспериментальная. Я учился выдвигать
гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы; определять напряжение
внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею.
Перед одноклассниками был представлен теоретический материал и
предложена практическая работа с проведением экспериментов по изучаемой
теме.
Мне очень понравилось ставить эксперименты самому. Оценивать
получившийся результат. Я заметил, что не всегда эксперимент удается, хотя
теоретически так должно быть. Например, мне не удалось зажечь с шести
фруктов лампочку, поэтому буду пробовать еще, пока не добьюсь результата.
А вообще, порой и не представляешь, сколько интересного происходит
вокруг тебя. Нужно только оглянуться, обратить внимание, а затем провести
исследование и ответить на интересующие вопросы.
11
Список литературы
1.Журнал «Галелео», Наука опытным путем. Статья «Лимонная батарейка»,
(стр. 9 – 12) № 3/ 2011 г.
2.Журнал «Юный эрудит» (стр. 18 – 21) № 10 / 2009 г. «Энергия из ничего»
3. В. Н.Витер «Фруктовая батарейка». Журнал «Химия и химики» (стр.134-137)
№8 «2009г».
4.Околотин В.С. Вольта-М.: Молодая гвардия, 1986г.-ил. «Жизнь
замечательных людей»
5. Калашников Э.Г. Электричество: Учебное пособие для студентов физических
специальностей, 4-е изд.(стр.68)
6.Яворский Б.И., Детлав А.А., Справочник по физике- 2-изд., перераб.-М.
Наука, 1985(стр. 156)
7.А.В.Пёрышкин. Физика 8. Дрофа, М., 2004г.
8.http://ru.wikipedia.org/wiki/ Электричество
9.Сайт «Класс!ная физика» /class-fizika.narod.ru/Источники электрического тока
10.http://www.surwiki.ru/wiki/index.php/Вкусная_батарейка
11.http://avega.net.ua/avega/index.php/rukodelie/1497-2011-06-23-06-53-21.html
12
Приложение 1
Изготовление действующей батарейки из овощей и фруктов
(«вкусная» батарейка)
«Вкусная» батарейка из яблока
Приложение 1
13
Батарейка из апельсина
Батарейка из банана
Батарейка из варёного картофеля
14
Приложение 1
Батарейка из киви
Батарейка из лука
Батарейка из моркови
Батарейка из чеснока
15
Приложение 1
Батарейка из лимона
16
Приложение 2
Цепь последовательного соединения из двух яблок с электронными и
настенными часами со стрелками.
17
Приложение 2
Цепь последовательного соединения из двух яблок с электронными часами
18
Приложение 2
Цепь последовательного соединения из двух яблок с настенными часами со
стрелками.
19
Приложение 2
Цепь последовательного соединения с тремя яблоками
20
Приложение 2
Цепь последовательного соединения с 4 яблоками и 1 лимоном
21
Приложение 2
Цепь последовательного соединения со светодиодом
22
Приложение 3
История создания батарейки
Алессандро Вольта
«Вольтов столб»
23
Приложение 4
Гальванический элемент
Батарейки
24
Приложение 5
Вопросы для тестирования учащихся
1.Как ты считаешь, можно ли сравнить электрический ток:
а) с течением реки;
б) с человеком, который спит;
в) с множеством маленьких пчёлок, которые бегают по
проводам.
2. С помощью каких приборов можно измерить электрический
ток?
а) термометр;
б) часы;
в) мультиметр.
3. Что может вырабатывать электричество:
а) электрическая плита;
б) яблоки, лимон, варёный картофель;
в) гидроэлектростанция.
25