Как да си направим батерия от лимон или ябълка. Научна работа "Плодова батерия" Как да получим електричество от лимон

Растегаев Даниил, ученик от 9 клас, Общинска образователна институция-Средно училище № 9, Аткарск

IN изследователски проектОпределям възможността за използване на лимон като източник на ток. Изчисляват се неговото съпротивление и ефективност.

Изтегляне:

Преглед:

Изследване на характеристиките на лимона като източник на ток

Растегаев Даниил,

ученик от 9 клас

Общинско средно училище № 9, Аткарск

Въведение.

Използване електрическа енергияв момента е много тясно свързано с комфорта на човешкия живот модерен 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 може да се произвежда плутоний в реактори-размножители. Запасите от термоядрено гориво, водород, са практически неизчерпаеми, но контролираните термоядрени реакции все още не са овладени и не се знае кога ще бъдат използвани за промишлено производство на енергия в чиста форма. Човечеството търси алтернативни източници на електрически ток: вятър, геотермални води, енергия от приливи и отливи. Или може би сегашните източници са създадени от самата природа? И ние просто трябва да им намерим приложение.

Един от тези източници е изследван в тази работа.

Цел на проекта:

Разгледайте характеристиките на лимона като източник на ток.

Задачи:

1. Запознайте се с понятията ЕМП и вътрешно съпротивление.
2. Изучете закона на Ом за пълна верига.
3. Обяснете процесите, протичащи в лимон, който се използва като източник на ток.
4. Експериментално определете ЕДС и вътрешното съпротивление на лимона, изчислете съпротивлението на лимона и мощността на лимона като източник на ток.
5. Обмислете възможността за използване на този източник на ток за практически цели.

1. ЕМП на източника на ток.

Електрическият ток е подредено движение на заредени частици. За да получите електрически токв проводник, трябва да създадете 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:

1. механична (електрофорна машина);
2. термичен (термоелемент);
3. светлина (фотоклетка);
4. химически (галванична клетка).

Има различни източници на ток, 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 силите на Кулон, се наричат ​​външни сили. Вътре в източника на ток зарядите се движат под въздействието на външни сили, а в останалата част от веригата - под въздействието на електрическо поле. Естеството на външните сили може да бъде различно.

Действието на външните сили се характеризира с важно физическо количество, наречено електродвижеща сила (ЕМС).

1. Лимонът е галваничен елемент.

Лимонът е малко вечнозелено овощно 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 6H8O7 ). Веществото е изключително широко разпространено в природата: намира се в горски плодове, цитрусови плодове, борови иглички, стъбла от махорка, особено в китайска лимонена трева и неузрели 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, а самата цинкова плоча става отрицателно заредена. Медната плоча става положително заредена, тъй като върху нея се утаяват цинкови йони. (вижте Приложение 1)

За извършване на измервания и експерименти ще събираме електрическа веригапо схемата:

1. Закон на Ом за пълна верига.

Нека разгледаме електрическата верига за нашия експеримент.

Източникът на ток има емфɛ и съпротивление r. Съпротивлението на източника на ток често се нарича вътрешно съпротивление, съпротивлението на външната част на веригата се обозначава с R.

Георг Симон Ом (16 март 1787 - 6 юли 1854) - известен немски физик. Най-известните произведения на Ом се занимаваха с въпроси относно преминаването на електрически ток и доведоха до известния „закон на Ом“, който свързва съпротивлението на верига с електрически ток, вътрешното съпротивление и ЕДС на източника на ток и силата на тока.

Закон 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 количеството електрическо съпротивлениевъншни и вътрешни участъци на веригата.

1. Резултати от експеримента.

Нека сглобим експериментална верига, за да получим необходимите данни. (вижте Приложение 2)

Нека измерим ЕДС на лимон:ɛ = 0,95V

Нека измерим тока и напрежението в участък от веригата при различно външно съпротивление.

U 1 =0,515V U 2 =0,586V

I 1 =196 µA I 2 =160 µA

R 1 =2kOhm R2 =3kOhm

Използвайки закона на Ом, вътрешното съпротивление на лимона беше изчислено за цялата верига: r = 2,1 kOhm. (вижте Приложение 3)

Да измерим тока късо съединениена лимон: азкъсо съединение =460µA. Токът на късо съединение има максимална стойноств случай, че външното съпротивление на веригата е R→0.

Използвайки получените измервания, изчислихме съпротивлението на лимона ƍ=69*10 6 Ohm*mm 2 /м. (вижте Приложение 3)

Също така определихме ефективността и мощността на лимона като източник на ток

P=108.3*10 -6 W

Ƞ= 60%

Въпреки достатъчно голяма стойностЕфективността, силата на един лимон като източник на ток е много малка.

Опитахме да използваме лимон като източник на ток. Сглобихме електрическа верига от няколко последователно свързани лимона и един диод. Няколко последователно свързани лимона служат като батерии от галванични елементи. При серийна връзкатокът, произведен от такъв източник, остава непроменен, а напрежението е равно на сумата от напреженията на клемите на отделните източници. С 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 нужди лимонът не може да се използва като източник на ток, тъй като токът, произведен от лимона, е от порядъка на няколко десетки микроампера и има много високо вътрешно съпротивление.

Списък с литература и други източници:

1. А.В. Перишкин физика 8 клас. М: „Дропла“ 2009 г
2. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Соцки Физика 10 клас, М: „Просвещение” 2007
3. М.Н. Алексеева Физика - за младежи. М: "Просвещение" 1980г.
4. И.Г. Кирилова Книга за четене по физика. М: "Просвещение" 1986г.
5. http://ru.wikipedia.org

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Изчислихме, че вътрешното съпротивление на лимона е r = 2,1 kOhm.

Изчислихме, че дължината между плочите l = 3,8 cm = 0,038 m.

Определя се площта на плочите a= 39mm b= 32mm S=ab= 1248 mm 2

Сега нека намерим съпротивлението на лимона, използвайки формулата:

За любителите на всякакъв вид експерименти и преживявания предлагаме една необичайна идея - опитайте се да изградите със собствените си ръцепримитивна батерия, направена от кисели лимони. Харчим много пари за батерии, акумулатори за захранване на телефони, часовници, играчки, без изобщо да мислим, че сме заобиколени от много евтини енергийни източници, от които можем да сглобим икономичен и прост галваничен елемент със собствените си ръце по всяко време. Дори не можем да си представим колко интересни неща ни заобикалят!

За провеждането на експеримента ще ни трябват, както споменах по-горе, лимони (8 броя), 9 тънки жици със скоби, 8 малки парчета медна тел и същия брой поцинковани пирони, часовник с батерия и, разбира се , волтметър за тестване на възможностите (напрежението) на батерията, която създадохме.

След като леко омесихме 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 чертежа. Свързваме свободните краища на проводниците от първия и осмия лимон към часовника на местата, където преди това е била разположена батерията, създавайки затворена верига. В края на експеримента ще видим как върви часовникът. Свързвайки 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 се зарежда положително, а цинкът се зарежда отрицателно. Когато се създаде затворена верига с медна тел и малки поцинковани пирони, започва да действа електрически ток. Цинкът (източник на електрони) е отрицателният полюс плодова батерия, мед – положителен. Напрежението в батериите е свързано със способността на цинка и медта да отдават електрони. Електрическият ток зависи от броя на електроните, освободени по време на химичната реакция.

Ако нямате лимони у дома, можете да използвате всякакви други цитрусови плодове, киви, банани, ябълки, круши, картофи, домати, краставици и лук като основен материал за експеримента. Тези зеленчуци и плодове могат да работят и като батерия, въпреки че напрежението им ще бъде малко по-различно от източника на ток на лимона. Повечето високо напрежениеКруша ще даде, най-ниската - киви. За електрически характеристики създадени батериивлияе върху киселинността на използваните продукти. Свързвайки няколко плодови батерии последователно, ще постигнем увеличение на напрежението, пропорционално на броя на използваните плодове.

Двойката 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.

Описаният по-горе експеримент е пряко потвърждение, че хората могат свободно да използват естествени, възобновяеми материали, за да задоволят своите енергийни нужди. Редица компании в индустриален мащаб вече са започнали да създават необичайни батерииизползвайки преработени банани и портокалови кори. Компанията Sony неотдавна представи на обществеността батерия, в която вместо електролит е използван 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 батерия за компютър с ниска мощност с процесор IPte1 386. Експериментално е доказано, че 12 картофа могат да се превърнат в пълноценен източник на енергия за компютър за 12 дни.

Естествени батерии от електрическа енергия, батерия от плодове - възможно ли е това? Нека се опитаме да разрешим този проблем в нашата лаборатория.

Трябва да се отбележи, че този експеримент е добър със своята простота и яснота. Може да се използва както за училищен научен проект (особено чрез добавяне на теоретичен раздел), така и като форма на забавление, правейки добра презентация, например, за приятели. Това изживяване е страхотно и ако просто решите да прекарате качествено време с детето си – едновременно забавно и образователно!

В предишната статия за докоснахме малко историята на създаването на батерията, разбрахме откъде идва електричеството в нея и разгледахме процесите, протичащи в галваничния елемент. И невероятно полезен метод за разбиране на света около нас, наречен "Какво има вътре?" ни помогна да видим от какво е направена батерията. Вярно, трябваше да счупим няколко галванични клетки, но в тази статия, обещавам, няма да счупим нищо. Просто създавайте!

Какво ни трябва за това? Както вече разбрахме, всяка галванична клетка се състои от електроди и електролит. Следвайки традицията, няма да използваме екзотични и трудни за намиране материали. Ако искате да повторите експеримента, ще ви трябва следното:

• Зеленчуци или плодове, които имате под ръка. Само не казвайте на околните за какво ви трябват, иначе следващия път като искате портокал да речем, няма да ви дадат - ще кажат, че пак ще прехвърляте храна :) ще играе ролята на електролит в нашата партида батерии (или по-скоро плодовият сок, който съдържат, който благодарение на плодовите киселини действа като йонообменна среда).
• Железни и поцинковани пирони. Ако нямате поцинковани пирони, можете да използвате парчета поцинкована ламарина. Ако след предишната статия за дизайна на батериите все още имате цинков калъф, време е да го извадите от ценната кутия. Както разбирате, всичко това ще действа като електроди.
• Няколко проводника. Взех няколко ядра от многожилен кабел с усукана двойка. Имаме нужда от проводници, за да организираме електрическа верига - самият мост, по който електроните преминават от един електрод към друг.
• И разбира се, ще ни трябва токов консуматор - защо ни е ток, ако няма къде да го харчим. Като потребител трябва да използвате нещо с ниска мощност: например калкулатор или светодиод. Не трябва да приемате нищо по-мощно, например лампа с нажежаема жичка. Въпреки това, последната забележка може да бъде пренебрегната, ако имате камион с лимони, паркиран пред дома ви.

Нека подредим компонентите на нашата лабораторна маса.

Отстраняваме краищата на проводниците от изолация.

Започваме да потапяме електродите в електролита. Е, казано по-просто, забийте пирони и чинии в готовите хранителни запаси. Първият един електрод...

... и след това още един.

Прикрепяме жици към краищата на електродите.

Галваничният елемент е готов! Половин лимон показва почти половин волт.

След като завършихме всички горепосочени процедури с ябълка, виждаме, че галванична клетка от този плод произвежда подобно напрежение.

Оранжевото осигурява подобно напрежение.

Но лукът изненада. Оказа се високоволтова батерия :)

А сега да видим на какво са способни всички тези наши плодово-електрически събратя. Разбира се, всеки от тези елементи е способен на малко. Може би просто демонстрирайте с волтметър, че те наистина произвеждат електричество. Много по-ефективна би била демонстрацията на работата на настоящите консуматори от нашите плодови батерии. Както вече отбелязах, напрежението, произведено от отделна плодова галванична клетка, няма да е достатъчно за захранване дори на консуматори на ток с ниска мощност. Следователно трябва да увеличим напрежението. Това може да се постигне чрез свързване на няколко галванични клетки в последователна верига, т.е. като това:

След като свържем всичките си галванични клетки в батерия, вече получаваме доста солидно напрежение.

Да се ​​опитаме да свържем светодиода (при свързване трябва да спазвате поляритета)... Свети!!!

Дори старият калкулатор, който отдавна спрях да смятам за работещ, започна да работи от плодова батерия!

Е, опитът беше успешен! Както можете да видите, плодова батерия е напълно възможна. Разбира се, не може да се разглежда като сериозен източник на власт. Но като отличен нагледен материал за природата на електричеството, което за непосветените дори може да изглежда малко мистично - съвсем!

Успех с експериментите!

Много ученици в уроците по химия, физика или труд имаха късмета да направят батерия от лимон. Това звучи странно, защото всички са свикнали да виждат батерии стандартен тип. Но източникът на енергия от плода е нещо необичайно!

Как да си направим батерия от лимон?

Всъщност можете да изградите такава инсталация от всякакви плодове. Единствената разлика ще бъде в напрежението. Лимонът има предимството, че съдържа лимонена киселина. Той е способен да генерира по-голям електрически ток.

Ето какво ще ви трябва, за да създадете лимонова батерия:

1. Лимон - 1-2 бр.
2. Медна жица в количество 1 бр. За мащабен експеримент можете да вземете повече. Ако не, можете да използвате монета.
3. Цинкова плоча. Това може да бъде обикновен метален болт, винт или тел.
4. Мултиметър или тестер за напрежение.
5. LED Това ще ви позволи ясно да запишете, че има ток.

Както можете да видите, производството на тази батерия се основава само на три неща.

Стъпка #1.

Вземете един лимон и го помнете малко. Можете също да изперете и избършете, ако желаете. Въпреки че не е толкова важно.

Стъпка #2.

Поставете меден проводник на плитка дълбочина до 2 cm и метален проводник недалеч от него.

Свържете проводниците към стърчащите пръти.

Тествайте с мултицет колко волта произвежда тази инсталация.

В резултат на това 0,91 волта!

Сглобете втората лимонова батерия и ги свържете последователно. Или включете друга медна и метална жица. След това ги свържете диагонално един към друг.

Факт е, че светодиодът няма да свети от една батерия, така че ще ви трябва втора.

Така батерията с лимон може постоянно да произвежда електрически ток.

Обяснение: Работата на такава батерия се основава на взаимодействието на два проводника от противоположни метали. След като бъдат поставени в лимона, те са заобиколени от среда с лимонена киселина. Това вещество служи като електролит. Тоест започва да протича химическа реакция и йоните се движат, освобождавайки енергия.

Най-добре е да използвате медна тел вместо монетата.