Rastegaev Daniil, 9 klasės mokinys, savivaldybės švietimo įstaiga-vidurinė mokykla Nr. 9, Atkarskas
IN Mokslinių tyrimų projektas Aš nustatau galimybę naudoti citriną kaip srovės šaltinį. Apskaičiuojama jo savitoji varža ir naudingumo koeficientas.
Parsisiųsti:
Peržiūra:
Citrinos, kaip srovės šaltinio, savybių tyrimas
Rastegajevas Daniilas,
9 klasės mokinys
Savivaldybės vidurinė mokykla Nr. 9, Atkarskas
Įvadas.
Naudojimas elektros energijašiuo metu yra labai glaudžiai susijęs su žmogaus gyvenimo komfortu modernus pasaulis. Tuo pačiu metu tradicinio natūralaus kuro (naftos, anglies, dujų ir kt.) atsargos yra baigtinės. Taip pat yra baigtinės branduolinio kuro – urano ir torio – atsargos, iš kurių plutonį galima gaminti selekciniuose reaktoriuose. Termobranduolinio kuro – vandenilio – atsargos praktiškai neišsenkančios, tačiau valdomos termobranduolinės reakcijos dar neįvaldytos ir nežinia kada jos bus panaudotos pramoninei energijos gamybai m. gryna forma. Žmonija ieško alternatyvių elektros srovės šaltinių: vėjo, geoterminių vandenų, potvynio energijos. O gal dabartinius šaltinius sukūrė pati gamta? Ir mes tiesiog turime rasti jiems panaudojimą.
Šiame darbe nagrinėjamas vienas iš šių šaltinių.
Projekto tikslas:
Ištirkite citrinos, kaip srovės šaltinio, savybes.
Užduotys:
- Susipažinkite su EML sąvokomis ir vidinis pasipriešinimas.
- Ištirkite visos grandinės Ohmo dėsnį.
- Paaiškinkite procesus, vykstančius citrinoje, kuri naudojama kaip srovės šaltinis.
- Eksperimentiškai nustatykite citrinos emf ir vidinę varžą, apskaičiuokite citrinos varžą ir citrinos, kaip srovės šaltinio, galią.
- Apsvarstykite galimybę naudoti šį dabartinį šaltinį praktiniais tikslais.
- Srovės šaltinio EMF.
Elektros srovė yra tvarkingas įkrautų dalelių judėjimas. Gauti elektros laidininke, jame reikia sukurti elektrinį lauką. Laidininkuose susidaro ir gali būti palaikomas elektrinis laukas ilgas laikas elektros srovės šaltiniai. Yra įvairių tipų srovės šaltiniai:
- mechaninė (elektroforinė mašina);
- terminis (termoelementas);
- šviesa (fotoelementas);
- cheminis (galvaninis elementas).
Srovės šaltinių yra įvairių, tačiau kiekviename iš jų dirbama siekiant atskirti teigiamai ir neigiamai įkrautas daleles. Bet kokios jėgos, veikiančios elektriškai įkrautas daleles, išskyrus Kulono jėgas, vadinamos išorinėmis jėgomis. Srovės šaltinio viduje krūviai juda veikiami išorinių jėgų, o visoje likusioje grandinės dalyje - veikiami elektrinio lauko. Išorinių jėgų pobūdis gali būti įvairus.
Išorinių jėgų veikimui būdingas svarbus fizikinis dydis, vadinamas elektrovaros jėga (EMF).
- Citrina yra galvaninis elementas.
Citrina – nedidelis, iki 5-8 m aukščio visžalis vaismedis, besidriekiantis arba piramidinis laja. Yra 45 metų amžiaus medžių.
Citrinų vaisiuose yra citrinos rūgšties (C 6H8O7 ). Medžiaga itin paplitusi gamtoje: randama uogose, citrusiniuose vaisiuose, pušų spygliuose, spygliuočių stiebuose, ypač kininėje citrinžolėje ir neprinokusiose citrinose.
Pirmą kartą citrinos rūgštį 1784 m. iš neprinokusių citrinų sulčių išskyrė švedų vaistininkas Carlas Scheele.
Citrinoje, kaip ir galvaniniame elemente, išorinių jėgų prigimtis yra cheminė. Dėl cheminės reakcijos cinkas ištirpsta citrinų rūgštyje. Teigiamai įkrauti cinko jonai patenka į tirpalą, o pati cinko plokštė įkraunama neigiamai. Vario plokštė teigiamai įkraunama, kai ant jos nusėda cinko jonai. (žr. 1 priedą)
Norėdami atlikti matavimus ir eksperimentus, rinksime elektros grandinė pagal schemą:
- Omo dėsnis visai grandinei.
Apsvarstykime savo eksperimento elektros grandinę.
Dabartinis šaltinis turi emfɛ ir pasipriešinimo r. Srovės šaltinio varža dažnai vadinama vidine varža, išorinės grandinės sekcijos varža žymima R.
Georgas Simonas Ohmas (1787 m. kovo 16 d. – 1854 m. liepos 6 d.) – žymus vokiečių fizikas. Žymiausi Ohmo darbai nagrinėjo klausimus apie elektros srovės praėjimą ir vedė į garsųjį „Omo dėsnį“, susijusį su elektros srovės grandinės varža, srovės šaltinio vidine varža ir emf bei srovės stiprumu.
Omo dėsnis visai grandinei:
Srovės stipris elektros grandinėje yra tiesiogiai proporcingas srovės šaltinio elektrovaros jėgai ir atvirkščiai proporcingas dydžiui elektrinė varža išorinės ir vidinės grandinės dalys.
- Eksperimento rezultatai.
Surinkime eksperimentinę grandinę, kad gautume reikiamus duomenis. (žr. 2 priedą)
Išmatuokime citrinos emf:ɛ = 0,95 V
Išmatuokime srovę ir įtampą grandinės atkarpoje esant skirtingoms išorinėms varžoms.
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
Taikant Omo dėsnį, citrinos vidinė varža buvo apskaičiuota visai grandinei: r = 2,1 kOhm. (žr. 3 priedą)
Išmatuokime srovę trumpas sujungimas ant citrinos: I trumpas sujungimas =460μA. Trumpojo jungimo srovė turi maksimali vertė tuo atveju, kai grandinės išorinė varža R→0.
Naudodami gautus matavimus apskaičiavome citrinos varžą ƍ=69*10 6 omų*mm 2 /m. (žr. 3 priedą)
Taip pat nustatėme citrinos, kaip srovės šaltinio, efektyvumą ir galią
P=108,3*10 -6 W
Ƞ= 60 %
Nepaisant pakankamai didelę reikšmę Citrinos, kaip srovės šaltinio, efektyvumas, galia yra labai maža.
Mes bandėme naudoti citriną kaip dabartinį šaltinį. Iš kelių nuosekliai sujungtų citrinų ir diodo surinkome elektros grandinę. Kelios nuosekliai sujungtos citrinos tarnauja kaip galvaninių elementų baterijos. At serijinis ryšys Tokio šaltinio sukuriama srovė išlieka nepakitusi, o įtampa lygi atskirų šaltinių gnybtų įtampų sumai. Sujungę 5 citrinas nuosekliai, galėjome apšviesti du šviesos diodus.
Išvada.
- Citrina yra galvaninis elementas, kuriame veikia cheminės išorinės jėgos.
- Citrina gali būti naudojama kaip elektros srovės šaltinis.
- Buitiniais tikslais citrina negali būti naudojama kaip srovės šaltinis, nes citrinos gaminama srovė yra kelių dešimčių mikroamperų, o jos vidinė varža yra labai didelė.
Literatūros ir kitų šaltinių sąrašas:
- A.V. Peryshkin fizika 8 klasė. M: „Bustardas“ 2009 m
- G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovcevas, N.N. Sotskio fizika 10 klasė, M: „Nušvitimas“ 2007 m
- M.N. Alekseeva fizika - jaunimui. M: „Švietimas“ 1980 m.
- I.G. Kirillova knyga, skirta skaityti apie fiziką. M: „Švietimas“ 1986 m.
- http://ru.wikipedia.org
1 priedas
2 priedas
3 priedas
Apskaičiavome, kad citrinos vidinė varža r = 2,1 kOhm.
Mes apskaičiavome, kad ilgis tarp plokščių l = 3,8 cm = 0,038 m.
Nustatytas plokščių plotas a= 39 mm b= 32 mm S=ab= 1248 mm 2
Dabar raskime citrinos varžą naudodami formulę:
Visokiausių eksperimentų ir patirčių mėgėjams siūlome neįprastą idėją – pabandykite statyti savo rankomis primityvi baterija, pagaminta iš rūgščių citrinų. Išleidžiame daug pinigų baterijoms, akumuliatoriams telefonams, laikrodžiams, žaislams maitinti, visiškai negalvodami, kad mus supa daugybė nebrangių energijos šaltinių, iš kurių savo rankomis galime surinkti ekonomišką ir paprastą galvaninį elementą. bet kuriuo metu. Net neįsivaizduojame, kiek daug įdomių dalykų mus supa!
Eksperimentui atlikti mums reikės, kaip minėjau aukščiau, citrinų (8 vnt.), 9 plonų laidų su spaustukais, 8 mažų varinės vielos gabalėlių ir tiek pat cinkuotų vinių, laikrodžio su baterija ir, žinoma, , voltmetras, skirtas patikrinti mūsų sukurto akumuliatoriaus galimybes (įtampą).
Rankose lengvai paminkę citrinas, į kiekvieną įsmeigiame po gabalėlį varinės vielos ir po vieną cinkuotą vinį. Paimame laikrodį, išimame iš jo bateriją ir laidais sukuriame elektros grandinę, kaip brėžinyje. Laisvus laidų galus nuo pirmosios ir aštuntosios citrinos sujungiame prie laikrodžio tose vietose, kur anksčiau buvo baterija, sukurdami uždarą grandinę. Eksperimento pabaigoje pamatysime, kaip veikia laikrodis. Sujungę laidų galus prie voltmetro, galime stebėti 0,49 V įtampą.
Nesunku paaiškinti, kaip veikia mūsų vaisių baterija. Variui ir cinkui kontaktuojant su citrinos rūgštimi, vyksta cheminė reakcija, kurios metu varis įkraunamas teigiamai, o cinkas – neigiamai. Kai uždara grandinė sukuriama naudojant varinę vielą ir mažas cinkuotas vinis, pradeda veikti elektros srovė. Cinkas (elektronų šaltinis) yra neigiamas polius vaisių baterija, varis – teigiamas. Įtampa akumuliatoriuose yra susijusi su cinko ir vario gebėjimu atsisakyti elektronų. Elektros srovė priklauso nuo elektronų, išsiskiriančių cheminės reakcijos metu, skaičiaus.
Jei namuose neturite citrinų, kaip pagrindinę eksperimento medžiagą galite naudoti bet kokius kitus citrusinius vaisius, kivius, bananus, obuolius, kriaušes, bulves, pomidorus, agurkus ir svogūnus. Šios daržovės ir vaisiai taip pat gali veikti kaip baterija, nors jų įtampa šiek tiek skirsis nuo citrinos srovės šaltinio. Dauguma aukštos įtampos Kriaušė duos, žemiausia - kivi. Dėl elektrinių charakteristikų sukurtos baterijos turi įtakos naudojamų produktų rūgštingumui. Sujungę keletą vaisių akumuliatorių nuosekliai, pasieksime įtampos padidėjimą, proporcingą sunaudotų vaisių skaičiui.
Vario ir cinko porą galima pakeisti kitais komponentais, pavyzdžiui, variu ir aliuminiu, aliuminiu ir cinku. Tiesa, pastaruoju atveju baterija pasirodys kiek silpnesnė nei „originalios“ citrininės.
Aukščiau aprašytas eksperimentas yra tiesioginis patvirtinimas, kad žmonės gali laisvai naudoti natūralias, atsinaujinančias medžiagas savo energijos poreikiams patenkinti. Nemažai pramoninio masto įmonių jau pradėjo kurti neįprastas baterijos naudojant apdorotus bananus ir apelsinų žieveles. Sony kompanija visai neseniai visuomenei pristatė bateriją, kurioje vietoj elektrolito buvo naudojamos vaisių sultys. Pripildę akumuliatorių 8 ml sulčių, vieną valandą galėsite maitinti nedidelę nešiojamąją elektroniką. Didžiosios Britanijos mokslininkai sukūrė panašią baterijos versiją mažos galios kompiuteriui su IPte1 386 procesoriumi Eksperimentiškai įrodyta, kad 12 bulvių gali tapti visaverčiu kompiuterio energijos šaltiniu 12 dienų.
Natūralios elektros energijos baterijos, iš vaisių pagamintas akumuliatorius – ar tai įmanoma? Pabandykime išspręsti šią problemą savo laboratorijoje.
Reikėtų pažymėti, kad šis eksperimentas yra geras dėl savo paprastumo ir aiškumo. Jis gali būti naudojamas tiek mokykliniam mokslo projektui (ypač pridedant teorinį skyrių), tiek kaip pramoga, sukuriant gerą pristatymą, pavyzdžiui, draugams. Ši patirtis yra puiki, jei tiesiog nuspręsite kokybiškai praleisti laiką su vaiku – ir linksmai, ir mokomajam!
Ankstesniame straipsnyje apie tai šiek tiek palietėme akumuliatoriaus sukūrimo istoriją, išsiaiškinome, iš kur joje atsiranda elektros energija, pažvelgėme į galvaniniame elemente vykstančius procesus. Ir neįtikėtinai naudingas būdas suprasti mus supantį pasaulį, pavadintą „Kas yra viduje? padėjo mums pamatyti, iš ko pagamintas akumuliatorius. Tiesa, teko sulaužyti keletą galvaninių elementų, bet šiame straipsnyje, pažadu, nieko nesulaužysime. Tiesiog sukurk!
Ko mums tam reikia? Kaip jau išsiaiškinome, bet kuris galvaninis elementas susideda iš elektrodų ir elektrolito. Laikydamiesi tradicijų, nenaudosime jokių egzotiškų ar sunkiai randamų medžiagų. Jei norite pakartoti eksperimentą, jums reikės šių dalykų:
- Daržovės ar vaisiai, kuriuos turite po ranka. Tik nesakyk aplinkiniams kam tau jų reikia, antraip kai kitą kartą norėsi, tarkime, apelsino, tau jo neduos - sakys, kad vėl perleisi maistą :) atliks elektrolito vaidmenį mūsų baterijų partijoje (tiksliau , jose esančios vaisių sultys, kurios vaisių rūgščių dėka veikia kaip jonų mainų terpė).
- Geležies ir cinkuotos vinys. Jei neturite cinkuotų vinių, galite naudoti cinkuotos skardos gabalus. Jei po ankstesnio straipsnio apie baterijų dizainą vis dar turite cinko dėklą, laikas jį išimti iš brangios dėžutės. Kaip jūs suprantate, visa tai veiks kaip elektrodai.
- Keli laidai. Aš paėmiau keletą gyslų iš daugiagyslių vytos poros kabelio. Mums reikia laidų, kad galėtume organizuoti elektros grandinę - patį tiltą, kuriuo elektronai eina nuo vieno elektrodo prie kito.
- Ir žinoma, mums reikės dabartinio vartotojo – kam mums reikia elektros, jei neturime kur jos išleisti. Kaip vartotojas, turėtumėte naudoti ką nors mažai galios: pavyzdžiui, skaičiuotuvą arba šviesos diodą. Nereikėtų imti nieko galingesnio, pavyzdžiui, kaitrinės lempos. Tačiau paskutinės pastabos galima nepaisyti, jei priešais jūsų namą stovi sunkvežimis su citrinomis.
Išdėliokime komponentus ant mūsų laboratorinio stalo.
Mes nuimame laidų galus nuo izoliacijos.
Mes pradedame panardinti elektrodus į elektrolitą. Na, o paprasčiau tariant, priklijuokite nagus ir lėkštes į paruoštus maisto produktus. Pirmas elektrodas...
... o paskui kitą.
Prie elektrodų galų pritvirtiname laidus.
Galvaninis elementas yra paruoštas! Pusė citrinos rodo beveik pusę volto.
Atlikę visas minėtas procedūras su obuoliu, matome, kad galvaninis elementas iš šio vaisiaus gamina panašią įtampą.
Oranžinė suteikia panašią įtampą.
Tačiau svogūnas nustebino. Paaiškėjo, kad tai aukštos įtampos baterija :)
Dabar pažiūrėkime, ką sugeba visi šie vaisiniai-elektriniai mūsų broliai. Žinoma, kiekvienas iš šių elementų gali mažai. Galbūt tiesiog pademonstruokite voltmetru, kad jie iš tikrųjų gamina elektrą. Daug efektyvesnis būtų dabartinių vartotojų veikimo demonstravimas iš mūsų vaisių baterijų. Kaip jau minėjau, atskiro vaisinio galvaninio elemento gaminamos įtampos nepakaks net mažos galios srovės vartotojams maitinti. Todėl turime padidinti įtampą. Tai galima pasiekti nuosekliai sujungiant keletą galvaninių elementų, t.y. kaip šitas:
Sujungę visus mūsų galvaninius elementus į akumuliatorių, jau gauname gana solidžią įtampą.
Pabandykime pajungti LED (jungiant reikia stebėti poliškumą)... Šviečia!!!
Netgi senoji skaičiuoklė, kurios veikimą jau seniai nustojau manyti, pradėjo veikti nuo vaisiaus baterijos!
Na, patirtis buvo sėkminga! Kaip matote, vaisių baterija yra visiškai įmanoma. Žinoma, tai negali būti laikoma rimtu galios šaltiniu. Bet kaip puiki vaizdinė medžiaga apie elektros prigimtį, kuri neišmanančiam gali atrodyti net šiek tiek mistiška – gana!
Sėkmės jūsų eksperimentuose!
Daugeliui moksleivių, besimokančių chemijos, fizikos ar darbo pamokose, pasisekė iš citrinos pagaminti bateriją. Tai skamba keistai, nes visi įpratę matyti baterijas standartinis tipas. Tačiau energijos šaltinis iš vaisių yra kažkas neįprasto!
Kaip pasidaryti bateriją iš citrinos?
Tiesą sakant, tokį įrenginį galite pastatyti iš bet kokių vaisių. Vienintelis skirtumas bus įtampa. Citrina turi citrinos rūgšties pranašumą. Jis gali generuoti didesnę elektros srovę.
Štai ko jums reikės norint sukurti citrinos bateriją:
- Citrina - 1-2 vnt.
- Varinė viela 1 vnt. Didelio masto eksperimentui galite imtis daugiau. Jei ne, galite naudoti monetą.
- Cinko plokštė. Tai gali būti įprastas metalinis varžtas, varžtas arba viela.
- Multimetras arba įtampos testeris.
- Šviesos diodas. Tai leis jums aiškiai įrašyti, kad yra srovė.
Kaip matote, šios baterijos gamyba grindžiama tik trimis dalykais.
1 žingsnis.
Paimkite citriną ir šiek tiek prisiminkite. Jei norite, taip pat galite nuplauti ir nušluostyti. Nors tai nėra taip svarbu.
2 žingsnis.
Varinį laidininką pastatykite negiliai iki 2 cm gylyje, o metalinį laidininką – netoli nuo jo.
Prijunkite laidus prie išsikišusių strypų.
Išbandykite multimetru, kiek voltų sukuria šis įrenginys.
Dėl to 0,91 volto!
Surinkite antrąjį citrinos akumuliatorių ir prijunkite juos nuosekliai. Arba prijunkite kitą varinę ir metalinę laidą. Tada sujunkite juos įstrižai vienas su kitu.
Faktas yra tas, kad šviesos diodas neužsidega nuo vienos baterijos, todėl jums reikės antros.
Taigi citrinos baterija gali nuolat gaminti elektros srovę.
Paaiškinimas: Tokios baterijos veikimas pagrįstas dviejų priešingų metalų laidininkų sąveika. Įdėjus juos į citriną, juos supa citrinos rūgšties aplinka. Ši medžiaga tarnauja kaip elektrolitas. Tai yra, pradeda tekėti cheminė reakcija ir juda jonai, išskirdami energiją.
Vietoje monetos geriausia naudoti varinę vielą.
