Подготовка рабочих материалов Приложение 5.2

1
IX городская научно-практическая конференция
школьников I и II ступени обучения «МАЛАЯ АКАДЕМИЯ»
Кафедра «Первые шаги»
Секция «Познание окружающего мира»
«БАТАРЕЙКА ИЗ КАРТОФЕЛЯ»
исследовательская работа
Автор:
Каштан Владислав Владимирович 1 класс,
МБОУ «Школа №4», г. Муравленко
Руководитель:
Родькина Светлана Алексеевна,
учитель начальных классов,
МБОУ «Школа № 4», г. Муравленко»
2015 год
2
«БАТАРЕЙКА ИЗ КАРТОФЕЛЯ»
Каштан Владислав
ЯНАО, г. Муравленко
МБОУ «Школа № 4», 1-Г класс
Аннотация.
Моя работа посвящена необычным источникам энергии. Однажды я узнал, что из картофелины
можно сделать батарейку, которая будет давать небольшой электрический ток. Меня очень
заинтересовал этот факт, и я захотел узнать об этом больше. Я подумал, что в экстренной
ситуации, вдали от города,
например, если мы заблудились на природе или застряли на даче,
такая батарейка могла бы пригодиться, чтобы подзарядить мобильный телефон или фонарик.
Моя работа актуальна, так как сейчас учёные в мире ищут материалы для создания дешёвой и
экономичной энергии.
Цели моей работы:

Выяснить, действительно ли фрукты и овощи могут служить источником электрической
энергии.

Возможно ли из овощей, фруктов и подручных материалов изготовить электрическую
батарейку?
В своём исследовании я использовал следующие методы: наблюдение, сравнение,
поиск специальной литературы (информации), классификация, анализ, синтез, обобщение,
конкретизация, эксперимент, моделирование.
Проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о возможности создания источников
питания из фруктов и овощей. Такие батарейки могут использоваться для работы приборов с
низким потребление энергии. Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками
электрического тока являются лимон, картофель, лук репчатый, яблоко.
3
Оглавление
Введение………………………………………………………………………3
1.Теоретическая часть…………………………………………………… 5-8
1.1. Что такое батарейка?...............................................................................5
1.2. Как работает батарейка?............................ .............................6
1.3.Что такое электрический ток? ...............................................................6
2.Эксперимент по созданию батареек………………………………….7-10
2.1 Исследование фруктов, овощей………………………………………..8
2.2.Создание «природной» батарейки…………………………………… 8
3.Выводы……………………………………………….……………………..10
4. Список литературы ………………………………………………………11
5.Приложения…………………………………………………………… 12-20
4
«БАТАРЕЙКА ИЗ КАРТОФЕЛЯ»
Каштан Владислав
ЯНАО, г. Муравленко
МБОУ «Школа № 4», 1-Г класс
1.Введение.
Моя работа посвящена необычным источникам энергии.
Однажды я узнал, что из картофелины можно сделать батарейку, которая будет давать
небольшой электрический ток. Меня очень заинтересовал этот факт, и я захотел узнать об
этом больше. Я стал искать материал в энциклопедиях [1 ], интернете [5 ] ,[ 6] на данную
тему и выяснил следующее
Оказывается, если в любой фрукт или овощ воткнуть два кусочка проволоки (электрода)
различных металлов, то за счет химических реакций, происходящих между соком и
металлами, на проволоке (электродах) появится напряжение. Этот ток будет слишком малым,
но если собрать батарейку из нескольких фруктов или овощей, то его будет достаточно,
чтобы заработали небольшие электронные часы, или загорелась небольшая лампочка. Я
подумал, что в экстренной ситуации такая батарейка могла бы пригодиться, чтобы вдали от
города подзарядить мобильный телефон или фонарик. Например, если мы заблудились на
природе или застряли на даче. В интернете я прочитал о том, что индийские ученые уже
работают над созданием необычных батареек для несложной бытовой техники с низким
потреблением энергии. Внутри этих батареек должна быть паста из переработанных бананов
и апельсиновых корок. Одновременное действие четырех таких батареек позволяет запустить
стенные часы, а для ручных часов хватит одной такой батарейки.
Еще я узнал [8 ], 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. [ 2 ]
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, у меня много игрушек, которым нужны батарейки, но на это тратятся денежные
средства. Возможно, что можно заменить дорогие батарейки самодельными фруктовыми и
5
овощными батарейками, тогда будет экономия, а если я это смогу сделать, то на
сэкономленные деньги на батарейках мне купят ещё одну машинку. А если верить интернетисточникам, то когда у меня дома отключат электричество, я смогу некоторое время
освещать его при помощи лимонов [ 4].
Я решил проверить лично, возможно такое или нет. Вот так я и выбрал тему для своего
исследования. За помощью я обратился к папе. Он у меня по профессии электрик.
Я поставил перед собой следующие задачи:
1. Создать фруктовые и овощные батарейки.
2. Экспериментально определить напряжение таких батареек.
3. Выяснить, от чего зависят электрические свойства таких батареек.
4. Постараться зажечь лампочку с помощью фруктовой батарейки.
Объект исследования: источник электрической энергии
Предмет исследования: фрукты и овощи на предмет содержания электрического тока
Цели работы:
1.Выяснить, действительно ли фрукты и овощи могут служить источником электрической
энергии;
2.Возможно ли из овощей, фруктов и подручных материалов изготовить электрическую
батарейку?
Задачи:
1.Узнать, как устроена обычная батарейка.
2.Создать фруктовые и овощные батарейки.
3.Экспериментально определить напряжение таких батареек.
4.Выяснить, от чего зависят электрические свойства таких батареек.
5.Постараться зажечь лампочку с помощью фруктовой (овощной) батарейки.
6
Гипотезы:
1.Разные фрукты и овощи дают разный по силе ток.
2.Чем больше фруктов и овощей в электрической цепи, тем больше будет мощность нашей
батарейки.
2.Эксперимент по созданию батареек
Для создания фруктовых батареек мне понадобились:
- Фрукты и овощи
- Медный электрод
- Цинковый электрод
-Светодиоды
-Провода для соединения цепи
- Мультиметр – прибор для измерения силы тока и напряжения
Библиография
1.Энциклопедия « Всё обо всём» 170 с. Раздел « Кто изобрел электричество?» Узнал историю
изобретения электричества от Алессандро Вольта до Луиджи Гальвани. Что такое электрический
ток?
2. Энциклопедический словарь юного физика Энциклопедический словарь юного физика/ Сост.
В. А. Чуянов. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Педагогика-Пресс, 1999. — 334, [2] с.: ил., схемы,
таблицы. Узнал с помощью рисунков как устроена обычная батарейка
3. Энциклопедии «История открытий» серии «Росмэн».М.Наука. 2010 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.
7
«БАТАРЕЙКА ИЗ КАРТОФЕЛЯ »
Каштан Владислав
ЯНАО, г. Муравленко
МБОУ «Школа № 4», 1-Г класс
1.Теоретическая часть.
1.1.Что такое батарейка?
Для начала я решил разобраться, как устроена обычная батарейка и как в ней создаётся
электрический ток. Я посмотрел в энциклопедию « Всё обо всём»[ 10] и по рисункам
разобрался, что это две металлические пластины, помещенные в специальное химическое
вещество – электролит. Одна пластина подключена к выводу «+», другая – к выводу «».Электрод с более отрицательным потенциалом, на котором при разряде протекает процесс
окисления, называется отрицательным электродом, или анодом, и обозначается знаком (−).
Электрод с более положительным потенциалом, на котором происходят реакции восстановления,
принимается за положительный электрод, называется катодом и обозначается знаком (+).
Стоит подключить к батарейке нагрузку, например, лампочку, как от пластины «+» к пластине «» потечёт ток. Начнется химическая реакция в электролите, которая начнет перекидывать
электроны с «-» (отрицательной) пластины на «+»( положительную). В нашей фруктово-овощной
батарейке роль электролита будет выполняет сок из фруктов и овощей. Положительным
электродом может служить медные пластины , а отрицательным электродом – цинковые
пластиды. Взаимное превращение электрической и химической энергии осуществляется в
результате протекания электрохимических реакций. Отличительной особенностью
электрохимических реакций является мощность и скорость процесса от электродного
потенциала, т .е. медных и цинковых пластин.
1.2. Как работает батарейка?
Первый источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским
ученым Луиджи Гальвани (на самом деле целью опытов Гальвани был не поиск новых
источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние
воздействия). Явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении
полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. [ 3 ]
Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого – Алессандро
Вольта. 200 лет назад 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 из двух пластин
8
металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком.
Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает напряжение. Именем этого ученого
назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый источник энергии стал прародителем
всех нынешних батареек, которые в честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими
элементами. [ 3 ]
Когда цинковая пластина контактирует с фруктово-овощной кислотой, начинаются две
химические реакции. Одна реакция – окисление: кислота начинает забирать атомы цинка с
поверхности пластины . Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая атому
положительный заряд.
Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием
водорода, который можно увидеть в виде серого слоя налёта на пластине. Ионы водорода
называют окислителями, потому что они отнимают электроны цинка. (Приложение 5.5)
Обе реакции продолжаются до тех пор, пока цинковая пластина находится в фруктово-овощном
продукте, и на нем остается цинк. Медь может притягивать многие свободные электроны,
испускаемые цинком. Но процесс не происходит до тех пор, пока между медным и цинковым
электродами нет связи. Когда между электродами устанавливается электрическая связь
(провода), то медь притягивает электроны из пластины и возвращает их через цепь.[3 ]
1.3.Что такое электрический ток?
Движение электронов по цепи – это электрический ток [1 ]. Условно было принято за
направление движение электронов: ток от отрицательного полюса батарейки или электрического
элемента к положительному. Поэтому цинк (источник элетронов) – отрицательный полюс в
фруктово-овощной батарейке, а медь – положительный.
Напряжение фруктово-овощной батарейки вызывается разницей между способностью цинка и
меди отдавать электроны. Электрический ток, выдаваемый батарейкой, среди всего прочего,
зависит от количества электронов, происходящей химической реакции.
9
2.Эксперимент по созданию батареек ( Приложение 5.1).
2.1 Исследование фруктов, овощей.
Я с папой начал готовить всё необходимое для эксперимента. Папа помог приобрести цинковые
и медные пластиды , светодиодную пластину и лампочку для решения поставленных мною
целей работы.
Мы решили провести исследование на:
- картошке,
-луке,
-лимоне,
-яблоке,
-апельсине
Подготовили эти фрукты и овощи для исследования . (Приложение 5.2)
Для этого я сделал надрезы(прорези) ножом в каждом испытуемом фрукте и овоще, вставил в
каждый из них медный и цинковый электроды , соединил цепь проводами для подключения их к
мультиметру –специальному прибору , с целью определения у них наличия силы тока и
напряжения . С помощью мультиметра можно наглядно увидеть, сколько вольт даёт батарейка.
Мы измерили несколько разных батареек, и заодно узнали, что у разных производителей
напряжение может быть немного больше или меньше полутора Вольт. Создали таблицу для
исследования. (Приложение 5. 2)
№
Название фрукта, овоща
Вольты (сила тока)
1
лук
0,88
Приступаем к измерению тока во фруктах и овощах. (Приложение 5. 3)
А) Исследуем лимон. На мультиметре показало- 0,95 В
Б) Исследуем апельсин . На мультиметре показало- 0,97 В
В) Исследуем яблоко . На мультиметре показало- 1,02 В
Г) Исследуем лук . На мультиметре показало- 0,88 В
Д) Исследуем картофель . На мультиметре показало- 0,83 В
Что нас удивило, так это то, что не только картофель и лимон, но и почти все фрукты и овощи
дают электричество!
10
Можно подвести промежуточные итоги. Результат получился не слишком разным. Напряжение
оказалось в пределах от 0,83 Вольта у картофеля до 1,02 Вольта у яблока. Также замечено, что
лимон и апельсин сначала надо помять, чтобы разрушить в них волокна между электродами.
Кроме того, я понял, что напряжение не зависит от размера плода. Маленькие лук и лимон дают
не меньше тока, чем более крупные плоды. А половинка яблока даёт столько же тока, сколько и
целое яблоко.
2.2.Создание «природной» батарейки.
Мы можем попробовать использовать полученное электричество. Взяли маленькую
светодиодную лампочку. Подсоединили её к контактам от картофелины. Результата нет.
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
далее. Тока от нескольких фруктов должно быть больше.
Соединяем последовательно лимон и яблоко. Лампочка снова не горит . Мы не отчаиваемся,
подсоединяем третий элемент в нашу электрическую цепь – картофель. Пробуем. Есть результат!
Наш голубой светодиод начинает светиться! Напряжение при этом достигает 2,24 вольта.
Посмотрим, что станет с электродами и с фруктами после исследования. Фрукты окислились
там, где соприкасались с металлами. Особенно сильно это заметно на яблоке. На вид оно теперь
совсем не вкусное. Когда разрезали картофель, то внутри он был словно сгнивший, или
обугленный , то есть такие продукты употреблять в пищу было нельзя . (Приложение 5.4) Но и
зачем, ведь они выполняли совершенно другую работу- они нам зажгли светодиодную лампочку.
Я убедился, что внутри фруктов и овощей происходит химическая реакция посредством сока
продукта и медной и цинковой пластин , в результате которой загорается лампочка и мультиметр
демонстрировал наличие тока в них.
Вот я и нашёл ответ на свои вопросы, добился намеченных целей и выполнил все поставленные
перед собой задачи! Теперь можно сделать вывод:
-Фрукты и овощи действительно могут служить источником электрической энергии и из них
возможно изготовить «природную батарейку». Как это ни странно это звучит, но это так, и мои
опыты это подтверждают. Выяснив принцип работы батареек, я прихожу к выводу, что
11
необходимым условием работы батарейки является присутствие ионов водорода (налёт на
пластинах серого цвета) в овощном и фруктовом соке. (Приложение 5.3 )
Я узнал [3 ] что мерой активности ионов водорода в растворе является его кислотность.
Значит, на электрические характеристики созданных мною батареек влияет кислотность овощей
и фруктов. Поэтому я исследовал зависимость силы тока, даваемой моими источниками от
кислотности продукта.
Силу тока измерял мультиметром. Результаты измерений приведены ниже.
Место в рейтинге
Фрукты и овощи
Напряжение (Вольт)
1
яблоко
1,02
2
апельсин
0,97
3
лимон
0,95
4
лук
0,88
5
картошка
0,83
6 картошек
4,6
Победителями у нас стали яблоко, апельсин и лимон, каждый из которых может дать нам почти
по 1 Вольту. Итак, вывод: гипотеза 1 нашла своё подтверждение: разные фрукты и овощи дают
разный по силе ток.
Приступим к проверке второй гипотезы.
Результаты показывают:
1. Фруктовые батарейки дают очень слабый ток в цепи
2. Значение силы тока зависит от кислотности продукта. Чем больше кислотность, тем больше
сила тока.
3. При одинаковой кислотности значения сил тока различаются, значит сила тока зависит еще от
каких-то факторов.
Таким образом, я думаю в качестве батарейки в непредвиденной ситуации самым доступным
продуктом может стать
картофель. Мы взяли светодиодную лампочку на 3,5 В и 0,26 А. В
качестве источника взяли картофель. Одна картофелина дает напряжение порядка 0,83 В. От
одной лампочка не загорится. Но я прочитал [ 1] , что если соединить несколько овощных
батареек последовательно, это увеличит напряжение пропорционально количеству взятых
овощей. Экспериментируя с разным количеством картофелин, я добился, чтобы она загорелась.
Картофелин было шесть. (Приложение 5.6) (Приложение 5.7)
12
Вывод: подтвердилась гипотеза 2: чем больше фруктов и овощей в электрической цепи, тем
больше будет мощность нашей батарейки.
Своё
изобретение «Природная батарейка» я представил
одноклассникам. Ребята просили
подзарядить мобильный телефон. Я не смог этого сделать. (Приложение 5.8) В дальнейшем я
также планирую выяснить, сколько лимонов потребуется для работы настольной лампы, зарядке
мобильного телефона.
3.Выводы
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,
картофель, лук репчатый.
Я убедился в том, что физика и химия наука экспериментальная. 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. Я
заметил, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически так должно быть. Например, мне
не удалось зажечь лампочку на 3,5 В, поэтому буду пробовать еще, пока не добьюсь результата.
13
4. Список литературы
1. Энциклопедический словарь юного физика. -М.: Педагогика, 1991г
2. Энциклопедии «История открытий» серии «Росмэн»
3. http://www.wikipedia.org
4. http://dev.planetseed.com/ru/node/28491
5. http://chemistry-chemists.com/Video/Fruit-battery.html
6. http://lemonlife.ru/kreativ_iz_limonov/batarejka_iz_limona
7. http://gadgetforgeek.com.ua/sdelat-gadget-svoimi-rukami-fruktovye-chasy
8. http://obozrevatel.com
9. Карл Снайдер. Необычная химия обычных вещей (3-е изд.), 1998
10. Энциклопедия « Всё обо всём», М. Педагогика.2000
14
5.Приложения.
Приложение 5. 1 .Подготовка рабочих материалов
15
Приложение 5.2. Подготовка к исследованию продуктов
16
Приложение 5.3. Исследование фруктов и овощей на предмет содержания
электроэнергии
17
18
Приложение 5.4. Окисление плода картофеля металлами
Приложение 5.5. Окисление пластин (наличие водорода)
19
Приложение 5.6. «Картофельная» батарейка
20
5.7.Завершение исследования.
21
5.8. Демонстрация исследования перед одноклассниками