레몬이나 사과로 배터리를 만드는 방법. 연구 논문 "과일 배터리" 레몬에서 전기를 얻는 방법

Rastegaev Daniil, 9학년 학생, 시립 교육 기관-중등 학교 No. 9, Atkarsk

안에 연구 프로젝트레몬을 현재 소스로 사용할 가능성을 결정합니다. 저항률과 효율이 계산됩니다.

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시사:

전류원으로서 레몬의 특성 연구

라스테가예프 다닐(Rastegaev Daniil),

9학년 학생

시립 중등 학교 No. 9, Atkarsk

소개.

용법 전기 에너지현재 인간의 삶의 안락함과 매우 밀접한 관련이 있습니다. 현대 세계. 동시에 전통적인 천연 연료(석유, 석탄, 가스 등)의 매장량은 유한합니다. 또한 증식형 원자로에서 플루토늄을 생산할 수 있는 우라늄과 토륨 등 핵연료의 매장량이 한정되어 있습니다. 열핵연료인 수소의 매장량은 실질적으로 무한하지만 제어된 열핵반응은 아직 숙달되지 않았으며 언제 산업 에너지 생산에 사용될지는 알 수 없습니다. 순수한 형태. 인류는 바람, 지열수, 조력 에너지 등 대체 전류원을 찾고 있습니다. 아니면 현재 소스가 자연 자체에 의해 생성되었을 수도 있습니까? 그리고 우리는 그것들의 용도를 찾으면 됩니다.

이 작업에서는 이러한 소스 중 하나를 탐색합니다.

프로젝트의 목적:

전류원으로서 레몬의 특성을 탐구한다.

작업:

EMF의 개념을 익히고 내부 저항.
완전한 회로에 대한 옴의 법칙을 연구하십시오.
전류원으로 사용되는 레몬에서 일어나는 과정을 설명하십시오.
레몬의 EMF와 내부 저항을 실험적으로 결정하고, 레몬의 저항률과 전류원으로서의 레몬의 전력을 계산합니다.
실용적인 목적으로 이 전류 소스를 사용할 가능성을 고려하십시오.

현재 소스의 EMF.

전류는 하전 입자의 규칙적인 움직임입니다. 얻으려면 전기도체에서는 전기장을 생성해야 합니다. 도체에 전기장이 생성되고 유지될 수 있습니다. 장기전류의 원천. 전류 소스에는 다양한 유형이 있습니다.

기계식(전기 영동식 기계);
열(열전소자);
빛(광전지);
화학 (갈바니 전지).

다양한 전류원이 있지만 각각에서 양전하 입자와 음전하 입자를 분리하는 작업이 수행됩니다. 쿨롱 힘을 제외하고 전기적으로 대전된 입자에 작용하는 모든 힘을 외부 힘이라고 합니다. 전류원 내부에서 전하는 외부 힘의 영향을 받아 이동하고 전기장의 영향을 받아 나머지 회로 전체에서 이동합니다. 외부 힘의 성격은 다양할 수 있습니다.

외부 힘의 작용은 기전력(EMF)이라는 중요한 물리량을 특징으로 합니다.

레몬은 갈바닉 성분입니다.

레몬은 최대 5-8m 높이의 작은 상록수 과일나무로 퍼지거나 피라미드 모양의 면류관이 있습니다. 45년된 나무가 있습니다.

레몬 열매에는 구연산(C)이 함유되어 있습니다. 6H8O7 ). 이 물질은 자연에서 매우 흔합니다. 열매, 감귤류, 솔잎, 성기 줄기, 특히 중국 레몬그라스와 설익은 레몬에서 발견됩니다.

구연산은 1784년 스웨덴의 약사 칼 셸레(Carl Scheele)가 설익은 레몬즙에서 처음 분리했습니다.

갈바니 전지와 마찬가지로 레몬에서도 외부 힘의 성질은 화학적입니다. 화학 반응의 결과로 아연은 구연산에 용해됩니다. 양전하를 띤 아연 이온이 용액 속으로 들어가고 아연판 자체가 음전하를 띠게 됩니다. 구리판은 아연 이온이 침전되면서 양전하를 띠게 됩니다. (부록 1 참조)

측정과 실험을 수행하기 위해 우리는 수집할 것입니다. 전기 회로계획에 따르면 :

완전한 회로에 대한 옴의 법칙.

실험을 위한 전기 회로를 고려해 봅시다.

현재 소스에는 EMF가 있습니다.ɛ 그리고 저항 r. 전류원의 저항은 종종 내부 저항이라고 하며 회로 외부 부분의 저항은 R로 표시됩니다.

게오르그 사이먼 옴 (1787년 3월 16일 – 1854년 7월 6일) - 유명한 독일 물리학자. 옴의 가장 유명한 작품은 전류의 흐름에 대한 질문을 다루었으며 전류 회로의 저항, 전류원의 내부 저항 및 EMF, 전류의 강도와 관련된 유명한 "옴의 법칙"으로 이어졌습니다.

완전한 회로에 대한 옴의 법칙:

전기 회로의 전류 강도는 전류원의 기전력에 정비례하고 전류량에 반비례합니다. 전기 저항체인의 외부 및 내부 섹션.

실험 결과.

필요한 데이터를 얻기 위해 실험 회로를 조립해 봅시다. (부록 2 참조)

레몬의 EMF를 측정해 봅시다:ɛ = 0.95V

다양한 외부 저항에서 회로 섹션의 전류와 전압을 측정해 보겠습니다.

유 1 =0.515V 유 2 =0.586V

I 1 =196μA I 2 =160μA

R 1 =2k옴 R 2 =3k옴

옴의 법칙을 사용하여 전체 회로에 대해 레몬의 내부 저항을 계산했습니다. r = 2.1kOhm. (부록 3 참조)

전류를 측정해보자 단락레몬에: 나단락 =460μA. 단락 전류는 회로의 외부 저항이 R→0일 때 최대값을 갖습니다.

얻은 측정값을 사용하여 레몬의 저항률을 계산했습니다. τ=69*10 6옴*mm 2 /중. (부록 3 참조)

우리는 또한 전류원으로서 레몬의 효율성과 위력을 결정했습니다.

P=108.3*10 -6W

→= 60%

충분함에도 불구하고 큰 중요성효율, 전류원으로서 레몬의 힘은 매우 작습니다.

레몬을 현재 소스로 사용해 보았습니다. 우리는 직렬로 연결된 여러 개의 레몬과 다이오드로 전기 회로를 조립했습니다. 여러 개의 직렬 연결된 레몬은 갈바니 전지의 배터리 역할을 합니다. ~에 직렬 연결이러한 소스에서 생성된 전류는 변하지 않고 유지되며 전압은 개별 소스 단자의 전압의 합과 같습니다. 5개의 레몬을 직렬로 연결하면 2개의 LED를 켤 수 있었습니다.

결론.

레몬은 화학적 외부 힘이 작용하는 갈바니 세포입니다.
레몬은 전류원으로 사용될 수 있습니다.
가정용으로는 레몬을 전류원으로 사용할 수 없습니다. 레몬에서 생성되는 전류는 수십 마이크로암페어 정도이고 내부 저항이 매우 높기 때문입니다.

참고문헌 및 기타 출처 목록:

A.V. Peryshkin 물리학 8학년. 남: '버스타드' 2009
G.Ya. 미야키셰프, B.B. Bukhovtsev, N.N. 소츠키 물리학 10학년, 남: "계몽" 2007
M.N. Alekseeva Physics - 젊은 사람들을 위한 것입니다. 남: “계몽” 1980.
I.G. 물리학에 관한 독서를 위한 Kirillova 책. 남: “계몽” 1986.
http://ru.wikipedia.org

부록 1

부록 2

부록 3

우리는 레몬의 내부 저항이 r = 2.1kOhm임을 계산했습니다.

우리는 판 사이의 길이를 계산했습니다.내가 = 3.8cm = 0.038m.

플레이트의 면적을 결정했습니다. a= 39mm b= 32mm S=ab= 1248mm 2

이제 공식을 사용하여 레몬의 저항률을 구해 봅시다.:

모든 종류의 실험과 경험을 좋아하는 분들을 위해 우리는 특이한 아이디어를 제안합니다. 내 손으로신 레몬으로 만든 원시 배터리. 우리는 우리가 우리 손으로 경제적이고 간단한 갈바니 전지를 조립할 수 있는 많은 저렴한 에너지원에 둘러싸여 있다는 사실을 전혀 생각하지 않고 배터리, 휴대폰, 시계, 장난감에 전원을 공급하는 축전지에 많은 돈을 소비합니다. 언제든지. 우리 주변에는 얼마나 많은 흥미로운 것들이 있는지 상상조차 할 수 없습니다!

실험을 수행하려면 위에서 언급한 대로 레몬(8개), 클램프가 있는 얇은 와이어 9개, 작은 구리 와이어 8개와 같은 수의 아연 도금 못, 배터리가 있는 시계, 그리고 물론 필요합니다. , 우리가 만든 배터리의 성능(전압)을 테스트하기 위한 전압계입니다.

레몬을 손에 가볍게 반죽 한 후 구리선 조각과 아연 도금 못 하나를 각각에 붙입니다. 우리는 시계를 가져다가 배터리를 제거하고 그림과 같이 전선을 사용하여 전기 회로를 만듭니다. 우리는 첫 번째와 여덟 번째 레몬의 와이어 자유 끝을 이전에 배터리가 있던 위치의 시계에 연결하여 폐쇄 회로를 만듭니다. 실험이 끝나면 시계가 어떻게 돌아가는지 볼 수 있습니다. 전선의 끝을 전압계에 연결하면 0.49V의 전압을 관찰할 수 있습니다.

과일 배터리가 어떻게 작동하는지 설명하는 것은 쉽습니다. 구리와 아연이 구연산과 접촉하면 화학 반응이 일어나서 구리는 양전하를 띠고 아연은 음전하를 띠게 됩니다. 구리선과 작은 아연 도금 못을 사용하여 폐회로를 만들면 전류가 작동하기 시작합니다. 아연(전자 공급원)은 음극입니다. 과일 배터리, 구리 – 양성. 배터리의 전압은 아연과 구리가 전자를 포기하는 능력과 관련이 있습니다. 전류는 화학 반응 중에 방출되는 전자의 수에 따라 달라집니다.

집에 레몬이 없다면 다른 감귤류, 키위, 바나나, 사과, 배, 감자, 토마토, 오이, 양파를 실험의 주재료로 사용해도 됩니다. 이러한 야채와 과일은 배터리로도 작동할 수 있지만 전압은 레몬 전류원과 약간 다릅니다. 최대 높은 전압배는 가장 낮은 키위를 줄 것입니다. 전기적 특성에 대한 생성된 배터리사용된 제품의 산도에 영향을 미칩니다. 여러 개의 과일 배터리를 직렬로 연결하면 사용하는 과일 수에 비례하여 전압이 증가합니다.

구리와 아연 쌍은 구리와 알루미늄, 알루미늄과 아연과 같은 다른 구성 요소로 대체될 수 있습니다. 사실, 후자의 경우 배터리는 "원래"레몬 배터리보다 다소 약할 것입니다.

위에 설명된 실험은 사람들이 에너지 수요를 충족시키기 위해 천연, 재생 가능 재료를 자유롭게 사용할 수 있다는 것을 직접적으로 확인합니다. 산업 규모의 많은 회사가 이미 특이한 제품을 만들기 시작했습니다. 배터리가공된 바나나와 오렌지 껍질을 사용합니다. 소니는 얼마 전 전해질 대신 과일주스를 사용한 배터리를 대중에게 선보였습니다. 배터리에 8ml의 주스를 채우면 소형 휴대용 전자제품에 1시간 동안 전원을 공급할 수 있습니다. 영국의 과학자들은 IPte1 386 프로세서를 탑재한 저전력 컴퓨터용 배터리와 유사한 버전을 개발했는데, 감자 12개가 12일 동안 컴퓨터의 본격적인 에너지원이 될 수 있다는 것이 실험적으로 입증되었습니다.

전기 에너지로 만든 천연 배터리, 과일로 만든 배터리, 이게 가능할까? 우리 연구실에서 이 문제를 해결해 보도록 하겠습니다.

이 실험은 단순성과 명확성 때문에 좋다는 점에 유의해야 합니다. 학교 과학 프로젝트(특히 이론 섹션을 추가하여)와 친구를 위한 좋은 프리젠테이션 등의 오락 형식으로 모두 사용할 수 있습니다. 자녀와 함께 재미있고 교육적인 좋은 시간을 보내기로 결정했다면 이 경험은 아주 좋습니다!

이전 기사에서 우리는 배터리 생성의 역사에 대해 조금 다루었고 배터리에서 전기가 나오는 곳을 알아냈으며 갈바니 전지에서 일어나는 과정을 살펴보았습니다. 그리고 우리 주변의 세계를 이해하는 믿을 수 없을 정도로 유용한 방법인 "내부는 무엇입니까?" 배터리가 무엇으로 만들어졌는지 알아보는 데 도움이 되었습니다. 사실, 우리는 갈바니 셀 여러 개를 깨뜨려야 했지만, 이 기사에서는 아무 것도 깨뜨리지 않을 것이라고 약속합니다. 그냥 창조하세요!

이를 위해 무엇이 필요합니까? 우리가 이미 알고 있듯이 모든 갈바니 전지는 전극과 전해질로 구성됩니다. 전통에 따라 이국적이거나 구하기 힘든 재료는 사용하지 않습니다. 실험을 반복하려면 다음이 필요합니다.

손에 들고 있는 야채나 과일. 주변 사람들에게 필요한 것이 무엇인지 말하지 마세요. 그렇지 않으면 다음에 오렌지를 원할 때 오렌지를 주지 않을 것입니다. 그들은 음식을 다시 옮길 것이라고 말할 것입니다 :) 그들은 배터리 배치에서 전해질 역할을 할 것입니다(또는 과일 산 덕분에 이온 교환 매체 역할을 하는 배터리에 포함된 과일 주스).
철 및 아연 도금 못. 아연도금 못이 없다면 아연도금 판금 조각을 사용할 수 있습니다. 배터리 설계에 대한 이전 기사 이후에도 아연 케이스가 남아 있다면 소중한 상자에서 꺼내야 할 때입니다. 아시다시피, 이 모든 것이 전극 역할을 합니다.
여러 개의 전선. 멀티코어 트위스트 페어 케이블에서 여러 코어를 가져왔습니다. 전자가 한 전극에서 다른 전극으로 이동하는 바로 그 다리인 전기 회로를 구성하려면 전선이 필요합니다.
그리고 물론 현재 소비자가 필요할 것입니다. 쓸 곳이 없는데 왜 전기가 필요한가요? 소비자로서 계산기나 LED 등 저전력 제품을 사용해야 합니다. 예를 들어 백열등과 같이 더 강력한 것을 사용해서는 안됩니다. 하지만 집 앞에 레몬을 실은 트럭이 주차되어 있다면 마지막 말은 무시될 수 있습니다.

실험실 테이블에 구성 요소를 배치해 보겠습니다.

절연체에서 전선 끝을 벗겨냅니다.

우리는 전극을 전해질에 담그기 시작합니다. 간단히 말해서, 준비된 식품에 못과 접시를 붙이는 것입니다. 먼저 전극...

... 그리고 또 하나.

전극 끝 부분에 와이어를 연결합니다.

갈바니 전지가 준비되었습니다! 레몬 반 개는 거의 반 볼트를 나타냅니다.

사과로 위의 모든 절차를 완료하면 이 과일의 갈바니 전지가 비슷한 전압을 생성하는 것을 볼 수 있습니다.

오렌지는 비슷한 긴장감을 제공합니다.

그런데 양파가 깜짝 놀랐어요. 고전압 배터리로 밝혀졌습니다 :)

이제 우리의 과일 전기 형제들이 무엇을 할 수 있는지 봅시다. 물론 이러한 각 요소는 거의 할 수 없습니다. 어쩌면 실제로 전기를 생산한다는 것을 전압계로 보여줄 수도 있습니다. 훨씬 더 효과적인 것은 과일 배터리에서 현재 소비자의 작동을 시연하는 것입니다. 이미 언급했듯이 별도의 과일 갈바니 전지에서 생성되는 전압은 저전력 전류 소비자에게도 전력을 공급하기에 충분하지 않습니다. 그러므로 전압을 높여야 합니다. 이는 여러 개의 갈바니 전지를 직렬 회로로 연결하여 달성할 수 있습니다. 이와 같이: