Растегаев Даниил, ученик от 9 клас на МОУ-СОШ № 9 на град Аткарск
AT изследователски проектопределяне на възможността за използване на лимон като източник на ток. Изчисляват се неговото съпротивление и ефективност.
Изтегли:
Визуализация:
Изследване на характеристиките на лимона като източник на ток
Растегаев, Даниел
ученик от 9 клас
МОУ-СОШ №9 Аткарск
Въведение.
Използване електрическа енергиясега е много тясно свързана с комфорта на човешкия живот съвременен свят. В същото време запасите от традиционни природни горива (нефт, въглища, газ и др.) са ограничени. Има и ограничени запаси от ядрено гориво - уран и торий, от които плутоний може да се получи в реакторите за размножаване. Почти неизчерпаемите запаси от термоядрено гориво - водород, обаче, контролираните термоядрени реакции все още не са усвоени и не се знае кога ще бъдат използвани за промишлено производство на енергия в чиста форма. Човечеството търси алтернативни източници за получаване електрически ток: вятър, геотермална вода, приливна енергия. Или може би сегашните източници са създадени от самата природа? И просто трябва да им намерим приложение.
Един от тези източници е изследван в тази статия.
Цел на проекта:
Разгледайте характеристиките на лимона като източник на ток.
задачи:
- Запознайте се с концепциите за ЕМП и вътрешно съпротивление.
- Проучете закона на Ом за пълна верига.
- Обяснете процесите, протичащи в лимона, който се използва като източник на ток.
- Определете експериментално ЕМП и вътрешното съпротивление на лимона, изчислете съпротивлението на лимона и мощността на лимона като източник на ток.
- Помислете за възможността да използвате този източник на ток за практически цели.
- EMF на източника на ток.
Електрическият ток е подредено движение на заредени частици. За да се получи електрически ток в проводник, е необходимо да се създаде електрическо поле в него. Електрическо поле в проводниците се създава и може да се поддържа дълго времеизточници на електрически ток. Има различни видове източници на ток:
- механични (електрофорна машина);
- термичен (термоелемент);
- светлина (фотоклетка);
- химически (галваничен елемент).
Източниците на ток са различни, но във всеки от тях се работи за разделяне на положително и отрицателно заредени частици. Всички сили, действащи върху електрически заредени частици, с изключение на кулоновите сили, се наричат външни сили. Вътре в източника на ток зарядите се движат под действието на външни сили, а в останалата част от веригата - под действието на електрическо поле. Природата на външните сили може да бъде различна.
Действието на външни сили се характеризира с важна физическа величина, наречена електродвижеща сила (ЕДС).
- Лимонът е галваничен елемент.
Лимонът е малко вечнозелено плодно дърво с височина до 5-8 м, с разперена или пирамидална корона. Има дървета на възраст 45 години.
Плодовете на лимона съдържат лимонена киселина (C 6 H 8 O 7 ). Веществото е изключително разпространено в природата: намира се в горски плодове, цитрусови плодове, игли, стъбла на маша, особено много в китайската магнолия и неузрелите лимони.
Лимонената киселина е изолирана за първи път през 1784 г. от сока на неузрели лимони от шведския фармацевт Карл Шееле.
В лимона, както и в галваничния елемент, природата на външните сили е химическа. В резултат на химическа реакция цинкът се разтваря в лимонена киселина. Положително заредените цинкови йони преминават в разтвора, докато самата цинкова плоча става отрицателно заредена. Медната плоча става положително заредена, тъй като върху нея се отлагат цинкови йони. (виж приложение 1)
За измервания и експерименти ще събираме електрическа веригапо схемата:
- Законът на Ом за пълна верига.
Помислете за електрическата верига за нашия експеримент.
Източникът на ток има EMFɛ и съпротивление r. Съпротивлението на източника на ток често се нарича вътрешно съпротивление, съпротивлението на външната секция на веригата се обозначава R.
Георг Симон Ом (16 март 1787 - 6 юли 1854) - известен немски физик. Най-известната работа на Ом се занимаваше с въпроси за преминаването на електрически ток и доведе до известния "закон на Ом", отнасящ съпротивлението на веригата на електрически ток, вътрешното съпротивление и ЕМП на източника на ток, силата на тока.
Законът на Ом за пълна верига:
Силата на тока в електрическа верига е право пропорционална на електродвижещата сила на източника на ток и обратно пропорционална на сумата от електрическите съпротивления на външните и вътрешните секции на веригата.
- Резултати от експеримента.
Нека съберем експериментална схема, за да получим необходимите данни. (виж приложение 2)
Нека измерим ЕДС на лимон:ɛ = 0,95V
Нека измерим силата на тока и напрежението в секцията на веригата с различно външно съпротивление.
U 1 = 0,515 V U 2 = 0,586 V
I 1 = 196 μA I 2 = 160 μA
R 1 = 2 kOhm R 2 = 3 kOhm
Според закона на Ом, за пълна верига, вътрешното съпротивление на лимон е изчислено: r = 2,1 kOhm. (виж приложение 3)
Нека измерим тока късо съединениевърху лимон: I kz \u003d 460 μA. Токът на късо съединение има максимална стойност, когато външното съпротивление на веригата е R→0.
Използвайки получените измервания, изчислихме съпротивлението на лимона ƍ=69*10 6 ома*мм 2 / м (виж приложение 3)
Също така определя ефективността и силата на лимона като източник на ток
P=108,3*10 -6 W
Ƞ= 60%
Въпреки достатъчно голямо значениеЕфективност, силата на лимона като източник на ток е много малка.
Опитахме се да използваме лимон като източник на ток. Сглобихме електрическа верига от няколко лимона и диод, свързани последователно. Няколко лимона, свързани последователно, служат като батерии на галванични елементи. В серийна връзкасилата на тока, която такъв източник издава, остава непроменена, а напрежението е равно на сумата от напреженията на клемите на отделните източници. С помощта на 5 лимона, свързани последователно, успяхме да запалим два светодиода.
Заключение.
- Лимонът е галваничен елемент, в който действат химически външни сили.
- Лимонът може да се използва като източник на електрически ток.
- За битови цели лимонът не може да се използва като източник на ток, тъй като токът, който произвежда лимонът, е от порядъка на няколко десетки микроампера, докато има много високо вътрешно съпротивление.
Референции и други източници:
- A.V. Перишкин физика 8 клас. М: Дропла, 2009 г
- Г.Я. Мякішев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Соцки Физика 10 клас, М: "Просвещение" 2007 г
- М.Н. Алексеева Физика - млада. М: "Просвещение" 1980 г.
- I.G. Кирилов Книга за четене по физика. М: "Просвещение", 1986 г.
- http://en.wikipedia.org
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Изчислихме, че вътрешното съпротивление на лимона е r = 2,1 kΩ.
Изчислихме, че дължината между плочите l = 3,8 см = 0,038 m.
Определете площта на плочите a= 39 mm b= 32 mm S=ab= 1248 mm 2
Сега намираме съпротивлението на лимон, използвайки формулата:
За любителите на всякакви експерименти и експерименти предлагаме една необичайна идея - опитайте се да построите със собствените си ръцепримитивна батерия от кисели лимони. Ние харчим много пари за батерии, акумулатори за захранване на телефони, часовници, играчки, без изобщо да мислим, че сме заобиколени от маса евтини енергийни източници, от които можем да сглобим икономична и проста галванична клетка със собствените си ръце в по всяко време. Дори не си представяме колко много интересни неща ни заобикалят!
За да проведем експеримента, имаме нужда, както споменах по-горе, лимони (8 броя), 9 тънки жици с щипки, 8 малки парчета медна тел и същия брой поцинковани пирони, часовник с батерия и, разбира се, волтметър за тестване на възможностите (напрежение) на батерията, която изградихме.
Като разтеглим леко лимоните в ръцете си, забиваме парче медна тел и по един галванизиран пирон във всеки от тях. Взимаме часовник, изваждаме батерията от него и с помощта на проводници създаваме електрическа верига, както е на снимката. Свързваме свободните краища на проводниците от първия и осмия лимон към часовника на местата, където преди това е била батерията, създавайки затворена верига. В края на експеримента ще видим как ще върви часовникът. Чрез свързване на краищата на проводниците към волтметър можем да наблюдаваме напрежение от 0,49 V.
Лесно е да се обясни как работи нашата плодова батерия. Когато медта и цинкът влязат в контакт с лимонената киселина, възниква химическа реакция, в резултат на която медта става положително заредена, а цинкът - отрицателно. При затворена верига, създадена с медна тел и малки поцинковани пирони, започва да действа електрически ток. Цинкът (източник на електрони) е отрицателният полюс плодова батерия, медта е положителна. Напрежението на батерията е свързано със способността на цинка и медта да даряват електрони. Електрическият ток зависи от броя на освободените електрони по време на протичащата химическа реакция.
Ако у дома няма лимони, като основен материал за експеримента могат да се използват всякакви други цитрусови плодове, киви, банани, ябълки, круши, картофи, домати, краставици, лук. Тези зеленчуци и плодове могат да работят и като батерия, въпреки че напрежението им ще се различава малко от източника на лимонов ток. Крушата ще даде най-високото напрежение, кивито ще даде най-ниското. За електрически спецификации създадени батериисе влияе от киселинността на използваните продукти. Чрез свързване на няколко плодови батерии последователно ще постигнем увеличение на напрежението пропорционално на количеството използвани плодове.
Двойка мед и цинк може да бъде заменена с други компоненти, например мед и алуминий, алуминий и цинк. Вярно е, че в последния случай батерията ще се окаже малко по-слаба от "оригиналната" лимонена.
Горният експеримент е пряко потвърждение, че човек може свободно да използва естествени възобновяеми материали, за да задоволи своите енергийни нужди. Редица компании в индустриален мащаб вече започнаха да създават необичайни батериис използването на преработени банани, портокалови кори. Компанията Sony наскоро представи на обществеността батерия, в която вместо електролит се използва плодов сок. Като напълните батерията с 8 ml сок, можете да захранвате малка преносима електроника за един час. Учени от Обединеното кралство създадоха подобна версия на батерията за компютър с ниска мощност с процесор Intel 386. Експериментално е доказано, че 12 картофа могат да се превърнат в пълноценен източник на енергия за компютър в рамките на 12 дни.
MBOU « Средно общообразователно училище№ 6 в Юрга"
Раздел: Светът на моите интереси.
Плодова батерия.
МБОУ СОУ №6, ученик от 4 клас
Ръководител: Белоносова Т.В.
Юрга
2015
л Въведение.
ll. Главна част.
Как работи батерията.
Практично използване на батериятада се.
аз ще. Заключение.
lV . Библиография.
V. Приложение.
л Въведение.
М 
Работата ми се появи благодарение на страстта ми към книгите и желанието да правя занаяти. За първи път прочетох за нетрадиционното използване на плодовете в книга на Николай Носов. По замисъла на писателя, Късо Винтик и Шпунтик, които живееха в Цветния град, създадоха кола, която работи на сода със сироп.
И тогава си помислих, ами ако плодовете също пазят някои тайни.
Исках да науча колкото се може повече за необичайните свойства на плодовете. Учените казват, че ако електричеството спре в къщата ви, можете да осветите къщата си с лимони за известно време.
Цел на моето изследване:
Получаване на електрически ток от плодове.
Задачите са показани на слайда.
1. Запознайте се с принципа на работа на батерията.
2. Създайте плодови батерии.
3. Определете експериментално напрежението на такива батерии.
4. Опитайте се да запалите крушка с плодова батерия.
Предмет на изследване:получаване на електрически ток.
Обект на изследване: плодови батерии.
г 
ипотека:
Плодовете са източник на електричество? Възможно ли е да се направи батерия от плодове?
ll. Главна част.
Как работи батерията.
Първо, нека разберем какво е електрически ток. Електрическият ток е движението на електрически заредени частици. Реших да разбера как работи обикновена батерия. Не съм разглобил батерията сам, използвах енциклопедията. Всяка батерия или акумулатор е две метални пластини, поставени в специално химическо вещество - електролит. Едната плоча е свързана към клемата "+", а другата към клемата "-".
Батерияе удобно съхранение на електричество, което може да се използва за захранване на преносими устройства. Някои батерии са за еднократна употреба, други могат да се презареждат. Батериите се предлагат в различни форми и размери. Някои са малки, като хапче. Някои са с размерите на хладилници. Но всички те работят на един и същ принцип. Те създават електрически зарядреакция между две химикали, при която електроните се прехвърлят от единия към друг.
Като електроди се използват цинк (поцинкована плоча) и мед (медна тел), а електролитът е разтвор на соли и киселини. Два метала, потопени в разтвор, влизат в химическа реакция и се генерира електрически ток.
Първият източник на електрически ток е изобретен случайно в края на 17 век от италианския учен Луиджи Галвани (всъщност целта на експериментите на Галвани не е да се търсят нови източници на енергия, а да се изучава реакцията на опитни животни на различни външни влияния). Феноменът на появата и протичането на тока е открит чрез прикрепване на ленти от два различни метала към мускула на жабешкия крак.
Експериментите на Галвани стават основа за изследванията на друг италиански учен Алесандро Волта. Преди 200 години той формулира основната идея на изобретението.
Изобретен преди 200 години, първата батерия работеше на базата на плодов сок.
Алесандро Волта прави откритие през 1800 г., като сглобява просто устройство от две метални пластини (цинкова и медна) и кожено уплътнение между тях, напоено с лимонов сок.
Алесандро Волта открива, че има потенциална разлика между плочите. Единицата за измерване на напрежението е кръстена на този учен и неговият плодов енергиен източник стана прародител на всички текущи батерии, които сега се наричат галванични клетки в чест на Луиджи Галвани.
В интернет видях снимка, която показва устройство, което можете да сглобите със собствените си ръце. Това е дигитален часовник, който използва плодове вместо батерия.
Проведох анкета сред учениците от моя клас, за да разбера какво знаят за батериите за съществуването на плодова батерия.
Какво има в батерията?
Въз основа на резултатите от въпросника мога да заключа, че: момчетата знаят какво се съдържа в батерията и как работи. И момчетата чуха за плодовата батерия. (Фиг. 1)
Плодовият сок в състава си е слаба киселина, така че ако поставите 2 електрода в плода: единият меден - другият цинк, тогава между електродите ще тече слаб ток, достатъчен за захранване на часовника. Но не съм свикнал да вземам дума, затова реших лично да проверя дали е вярно или не.
Експеримент с батерия.
За да създам плодови батерии, ми трябваха:
М 
материали:
Поцинкована плоча
Мултиметърът е устройство за измерване на ток и напрежение.
4. Плодове.
Започвам да измервам тока в плодовете.
С помощта на баща ми направих галванични елементи от круша, ябълка и лимон. Всеки елемент се измерва с мултицет. (фиг.2)
Бяхме изненадани, че лимонът, крушите и ябълките дават ток! Въведох резултатите от измерванията на напрежението в таблицата. (фиг.3)
Разбрах, че обичайното AA батериядава 1,5 волта.
Така, хипотезата се потвърди: различните плодове дават различен ток по сила.
V. Приложение.
Снимка 1.
Въпросник.
Какво има в батерията?
Всички момчета отговориха положително на този въпрос.
Има ли плодови батерии?
Фигура 2.
Взимаме круша от едната страна, вкарваме медна тел, а от другата - цинкова плоча.
Батерията е готова, измерваме напрежението.
Взимаме ябълка от едната страна, вкарваме медна тел, а от другата - цинкова плоча. Батерията е готова, измерваме напрежението.
Взимаме лимон от едната страна, вкарваме медна тел, а от другата - цинкова плоча. Батерията е готова, измерваме напрежението.
Обикновената батерия за писалка дава 1,5 волта.
Фигура 3
Резултати от измерване на напрежението.
Плодове
Напрежение, V
круша
0.90
Apple
0.87
Лимон
0.90
Фигура 4
Взеха малка led крушка. Свърза го с контактите на лимона.
Моят син светодиод започва да свети!
Случва се да се окажете в трудна житейска ситуация, когато спешно се нуждаете от източник на енергия. Например, трябва да заредите мобилния си телефон, да включите радиото и т.н. Елементарните познания по физика и химия ще ви позволят да намерите изход от подобни ситуации. За мнозина ще бъде интересно да знаят, че можете да „захранвате“ радио или да зареждате мобилен телефон от ябълка или лимон.
За тези цели ще ви трябва:
- стоманен контакт (пирон, кламер, парче стоманена тел, стоманена монета и т.н...);
- меден контакт (медна монета, парче медна тел, всякаква медна пластина и др.);
- лимон, а ако се използва ябълка, трябва да изберете възможно най-кисела;
- два проводника за свързване към "батерията".
Процедура:
Етап 1. Търсене на подходящ "енергиен източник"
Най-лесният начин е да намерите ябълка, когато сте в селска къща, село или просто се загубите в гората. Най-добър вариантще има кисела ябълка, тъй като киселината е ключов компонент в работата на "батерията". Ако има лимон, тогава това е най-много подходящ вариант. Можете също да използвате портокали, киви и други подобни плодове.
Етап 2. Установяваме контакти
Трябва да поставите контакти в лимон или ябълка, първо трябва да бъдат добре почистени с шкурка, пила или да се разтриват в камък. Контактите се поставят на разстояние 2-3 сантиметра един от друг. Колкото по-широки и по-дълги са поставените електроди, толкова повече напрежение ще произведе батерията. Ако монетите действат като контакти, тогава те трябва да бъдат поставени успоредно.
Етап 3. Свързваме батерията
Сега остава да свържете два проводника към установени контакти. Можете просто внимателно да ги залепите в лимон или ябълка заедно с контактите. Това е всичко, батерията е готова за употреба. Ще има плюс на медния електрод и минус на стоманата. Напрежението ще зависи от площта на електродите и киселинността на ябълката или лимона.
Една такава батерия е в състояние да достави около 0,5-0,8 волта. За да работи обикновен приемник или мобилен да се зарежда, е необходимо напрежение от поне 3-5 волта. За да получите такава мощност, трябва да направите няколко от тези "батерии" и да ги свържете последователно. В нашия случай, за да получите 3 волта, ви трябват около 5-6 от тези "батерии".
Етап 4. Зареждане на лимони
Интересен факт е, че така създадените "батерии" могат да се зареждат напълно. За тези цели можете да използвате зарядно устройствоот мобилен телефон. Авторът решава да използва батерия Krona за тези цели.
Червеният положителен проводник е свързан към медния електрод, а черният отрицателен проводник към стоманения. След зареждане на контактите на "лимона" ще се появи напрежение от 1-1,3 волта.
