Daniil Rastegaev, elev în clasa a IX-a MOU-SOSH nr. 9, Atkarsk
Într-un proiect de cercetare se determină posibilitățile de utilizare a lămâii ca sursă de energie. Se calculează rezistivitatea și eficiența acestuia.
Descarca:
Previzualizare:
Cercetarea caracteristicilor lămâii ca sursă de curent
Rastegaev Daniil,
elev de clasa a IX-a
MOU-SOSH nr. 9 din Atkarsk
Introducere.
Utilizarea energiei electrice este în prezent foarte strâns legată de confortul de a trăi în lumea modernă. În același timp, rezervele de combustibili naturali tradiționali (petrol, cărbune, gaz etc.) sunt limitate. Există, de asemenea, rezerve limitate de combustibil nuclear - uraniu și toriu, din care plutoniul poate fi obținut în reactoare de reproducere. Există practic rezerve inepuizabile de combustibil termonuclear - hidrogen, totuși, reacțiile termonucleare controlate nu au fost încă stăpânite și nu se știe când vor fi utilizate pentru producția industrială de energie pură. Omenirea caută surse alternative de curent electric: vântul, apele geotermale, energia fluxului și refluxului. Sau poate sursele actuale au fost create chiar de natura? Și trebuie doar să le găsim o utilizare.
Una dintre astfel de surse este investigată în această lucrare.
Obiectivul proiectului:
Explorați caracteristicile lămâii ca sursă de curent.
Sarcini:
- Cunoașteți conceptele de EMF și rezistență internă.
- Examinați legea lui Ohm pentru un circuit complet.
- Explicați procesele care au loc în lămâia, care este folosită ca sursă de curent.
- Determinați experimental f.e.m. și rezistența internă a lămâii, calculați rezistența specifică a lămâii și puterea lămâii ca sursă de curent.
- Luați în considerare posibilitatea de a utiliza această sursă curentă în scopuri practice.
- EMF a sursei curente.
Curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Pentru a obține un curent electric într-un conductor, trebuie să creați un câmp electric în el. Câmpul electric din conductori este creat și poate fi menținut timp îndelungat de surse de curent electric. Există diferite tipuri de surse de alimentare:
- mecanic (mașină electroforetică);
- termic (termoelement);
- lumina (fotocelula);
- chimică (celulă galvanică).
Sursele de curent sunt diferite, dar în fiecare dintre ele se lucrează pentru a separa particulele încărcate pozitiv și negativ. Orice forță care acționează asupra particulelor încărcate electric, cu excepția forțelor Coulomb, se numesc forțe externe. În interiorul sursei de curent, sarcinile se mișcă sub influența forțelor externe, iar în restul circuitului - sub influența unui câmp electric. Natura forțelor externe poate fi variată.
Acțiunea forțelor externe este caracterizată de o mărime fizică importantă numită forță electromotoare (EMF).
- Lămâia este o celulă galvanică.
Lămâia este un mic pom fructifer veșnic verde de până la 5-8 m înălțime, cu coroana răspândită sau piramidală. Există copaci la vârsta de 45 de ani.
Fructele de lamaie contin acid citric (C 6H8O7 ). Substanța este extrem de comună în natură: se găsește în fructe de pădure, citrice, ace, tulpini de tutun, în special în vița de magnolie chinezească și lămâile necoapte.
Pentru prima dată, acidul citric a fost izolat în 1784 din sucul de lămâi necoapte de către farmacistul suedez Karl Scheele.
La lămâie, ca și într-o celulă galvanică, natura forțelor externe este chimică. Ca rezultat al unei reacții chimice, zincul se dizolvă în acid citric. Ionii de zinc încărcați pozitiv trec în soluție, iar placa de zinc în sine este încărcată negativ. Placa de cupru este încărcată pozitiv pe măsură ce ionii de zinc se depun pe ea. (vezi anexa 1)
Pentru a efectua măsurători și experimente, vom asambla un circuit electric conform schemei:
- Legea lui Ohm pentru un circuit complet.
Să luăm în considerare un circuit electric pentru experimentul nostru.
Sursa curentă are un EMFɛ si rezistenta r. Rezistența sursei de curent este adesea numită rezistență internă, rezistența secțiunii exterioare a circuitului este notată cu R.
Georg Simon Ohm (16 martie 1787 - 6 iulie 1854) - celebrul fizician german. Cele mai faimoase lucrări ale lui Ohm s-au ocupat de întrebări despre trecerea curentului electric și au condus la celebra „lege a lui Ohm”, care leagă rezistența unui circuit de curent electric, rezistența internă și EMF a unei surse de curent și puterea curentului.
Legea lui Ohm pentru un circuit complet:
Puterea curentului în circuitul electric este direct proporțională cu forța electromotoare a sursei de curent și este invers proporțională cu suma rezistențelor electrice ale secțiunilor externe și interne ale circuitului.
- Rezultate experimentale.
Să punem cap la cap un circuit experimental pentru a obține datele necesare. (vezi anexa 2)
Să măsurăm EMF-ul unei lămâi:ɛ = 0,95V
Vom măsura curentul și tensiunea în secțiunea circuitului cu rezistență externă diferită.
U 1 = 0,515 V U 2 = 0,586 V
I 1 = 196μA I 2 = 160μA
R1 = 2kOhm R2 = 3kOhm
Conform legii lui Ohm, rezistența internă a lămâii a fost calculată pentru circuitul complet: r = 2,1 kOhm. (vezi anexa 3)
Să măsurăm curentul de scurtcircuit la lămâie: I kz = 460μA. Curentul de scurtcircuit are o valoare maximă atunci când rezistența externă a circuitului este R → 0.
Folosind măsurătorile obținute, am calculat rezistivitatea unei lămâi ƍ = 69 * 10 6 ohmi * mm 2 / m. (vezi anexa 3)
De asemenea, am determinat eficiența și puterea lămâii ca sursă de curent
P = 108,3 * 10 -6 W
Ƞ = 60%
În ciuda valorii destul de mari a eficienței, puterea lămâii ca sursă de curent este foarte mică.
Am încercat să folosim lămâia ca sursă de energie. Au asamblat un circuit electric din mai multe lămâi și o diodă conectată în serie. Mai multe lămâi conectate în serie servesc ca baterii de celule galvanice. Cu o conexiune în serie, puterea curentului pe care o produce o astfel de sursă rămâne neschimbată, iar tensiunea este egală cu suma tensiunilor de la bornele surselor individuale. Cu 5 lămâi conectate în serie, am putut aprinde două LED-uri.
Concluzie.
- Lămâia este o celulă galvanică în care acționează forțele chimice externe.
- Lămâia poate fi folosită ca sursă de curent electric.
- În scopuri casnice, lămâia nu poate fi folosită ca sursă de curent, deoarece curentul pe care îl produce lămâia este de ordinul câtorva zeci de microamperi, în timp ce are o rezistență internă foarte mare.
Lista literaturii și alte surse:
- A.V. Peryshkin Fizica clasa a 8-a. M: „Bustard” 2009
- G. Da. Myakishev, B.B. Buhovtsev, N.N. Sotsky Fizica Clasa 10, M: „Iluminarea” 2007.
- M.N. Alekseeva Fizica - pentru tineri. M: „Educație” 1980
- IG. Kirillova O carte de citit în fizică. M: „Educație” 1986
- http://ru.wikipedia.org
Anexa 1
Anexa 2
Anexa 3
Am calculat că rezistența internă a unei lămâi r = 2,1 kOhm.
Am calculat că lungimea dintre plăci l = 3,8 cm = 0,038 m.
S-a determinat aria plăcilor a = 39 mm b = 32 mm S = ab = 1248 mm 2
Acum găsim rezistivitatea lămâii după formula:
Pentru iubitorii de tot felul de experimente și experimente, oferim o idee neobișnuită - să încercați să construiți cu propriile mâini o baterie primitivă din lămâi acre. Cheltuim mulți bani pe baterii, acumulatori pentru alimentarea telefoanelor, ceasurilor, jucăriilor, fără să ne gândim deloc că suntem înconjurați de o masă de surse de energie ieftine, din care putem asambla oricand o celulă galvanică economică și simplă cu ajutorul nostru. propriile mâini. Nici nu ne imaginăm câte lucruri interesante ne înconjoară!
Pentru a efectua experimentul, avem nevoie, așa cum am menționat mai sus, de lămâi (8 bucăți), 9 fire subțiri cu cleme, 8 bucăți mici de sârmă de cupru și același număr de cuie galvanizate, un ceas cu o baterie și, bineînțeles, un voltmetru pentru a testa posibilitățile (tensiunea) bateriei pe care am construit-o.
Frământând ușor lămâile în mâinile noastre, lipim în fiecare dintre ele o bucată de sârmă de cupru și un cui galvanizat. Luăm ceasul, scoatem bateria de pe el și folosim firele pentru a crea un circuit electric, ca pe un trotter. Conectăm capetele libere ale firelor de la prima și a opta lămâie la ceas în acele locuri în care era anterior bateria, creând un circuit închis. La sfârșitul experimentului, vom vedea cum va merge ceasul. Prin conectarea capetelor firelor la un voltmetru, putem observa o tensiune de 0,49 V.
Este ușor de explicat funcționarea bateriei noastre de fructe. Când cuprul și zincul intră în contact cu acidul citric, are loc o reacție chimică, în urma căreia cuprul devine încărcat pozitiv și zincul negativ. Cu un circuit închis creat cu sârmă de cupru și cuie mici galvanizate, începe să acționeze un curent electric. Zincul (sursa de electroni) este polul negativ baterie de fructe, cuprul este pozitiv. Tensiunea bateriei este legată de capacitatea zincului și cuprului de a dona electroni. Curentul electric depinde de numărul de electroni eliberați în timpul reacției chimice.
Dacă nu există lămâi acasă, orice alte fructe citrice, kiwi, banane, mere, pere, cartofi, roșii, castraveți și ceapă pot fi folosite ca material principal pentru experiment. Aceste legume și fructe pot funcționa și ca o baterie, deși tensiunea lor va fi ușor diferită de cea a unei surse de alimentare cu lămâie. Cea mai mare tensiune va fi dată de para, cea mai mică de kiwi. Caracteristicile electrice ale bateriilor produse sunt influențate de aciditatea produselor utilizate. Prin conectarea mai multor baterii de fructe în serie, vom obține o creștere a tensiunii proporțională cu cantitatea de fructe folosită.
Câteva cupru și zinc pot fi înlocuite cu alte componente, de exemplu, cupru și aluminiu, aluminiu și zinc. Adevărat, în acest din urmă caz, bateria se va dovedi a fi ceva mai slabă decât cea „originală” de lămâie.
Experimentul de mai sus este o confirmare directă a faptului că o persoană poate folosi liber materiale regenerabile naturale pentru a-și satisface nevoile energetice. O serie de companii la scară industrială au început deja să creeze baterii neobișnuite folosind produse procesate de banane și coajă de portocală. Compania Sоnу a prezentat recent publicului o baterie în care se folosește suc de fructe în locul unui electrolit. Prin umplerea bateriei cu 8 ml de suc, puteți alimenta micul dumneavoastră electronic portabil timp de o oră. Oamenii de știință din Marea Britanie au creat o versiune similară a unei baterii pentru un computer cu putere redusă, cu un procesor Ipte1 386. S-a demonstrat experimental că 12 cartofi pot deveni o sursă deplină de energie pentru un computer în 12 zile.
MBOU „Școala secundară nr. 6 din Yurga”
Secțiunea: Lumea intereselor mele.
Baterie de fructe.
MBOU SOSH numărul 6, elev în clasa a IV-a
Şef: T.V.Belonosova
Yurga
2015
l. Introducere.
ll. Parte principală.
Cum funcționează o baterie?
Utilizarea practică a bateriei La.
lll. Concluzie.
lV. Bibliografie.
V. Aplicație.
l. Introducere.
M 
Munca Oya a apărut datorită pasiunii pentru cărți și a dorinței de a face meșteșuguri. Pentru prima dată am citit despre utilizarea neconvențională a fructelor în cartea lui Nikolai Nosov. Așa cum au fost concepute de scriitor, Shorty Vintik și Shpuntik, care locuiau în Orașul Florilor, au creat o mașină care funcționează cu sifon și sirop.
Și apoi m-am gândit, dacă fructele păstrează și unele secrete.
Am vrut să știu cât mai multe despre proprietățile neobișnuite ale fructelor. Oamenii de știință spun că, dacă aveți o pană de curent, puteți folosi lămâi pentru a vă lumina casa pentru o perioadă.
Scopul cercetării mele:
Obținerea unui curent electric din fructe.
Vedeți sarcinile pe diapozitiv.
1. Familiarizați-vă cu principiul funcționării bateriei.
2. Creați baterii de fructe.
3. Determinați experimental tensiunea unor astfel de baterii.
4. Încercați să aprindeți becul cu o baterie de fructe.
Subiect de studiu: primind curent electric.
Obiect de studiu: baterii de fructe.
G 
credit ipotecar:
Sunt fructele o sursă de curent electric? Puteți face o baterie din fructe?
ll. Parte principală.
Cum funcționează o baterie?
Mai întâi, să ne dăm seama ce este un curent electric. Curentul electric este mișcarea particulelor încărcate electric. Am decis să aflu cum funcționează o baterie obișnuită. Nu am demontat singur bateria, am folosit enciclopedia. Orice baterie sau acumulator este două plăci metalice plasate într-o substanță chimică specială - electrolit. O placă este conectată la borna „+”, cealaltă la borna „-”.
Baterie Este un depozit convenabil de energie electrică care poate fi folosit pentru alimentarea dispozitivelor portabile. Unele baterii sunt de unică folosință, altele sunt reîncărcabile. Bateriile vin într-o varietate de forme și dimensiuni. Unele sunt mici ca o pastilă. Unele sunt cam de dimensiunea unui frigider. Dar toate funcționează după același principiu. O sarcină electrică este creată în ele ca urmare a unei reacții între două substanțe chimice, în timpul căreia electronii sunt transferați de la una dintre ele la alta.
Ca electrozi, zinc (placă galvanizată) și cupru (sârmă de cupru), iar electrolitul este o soluție de săruri și acizi. Două metale scufundate într-o soluție intră într-o reacție chimică și se generează un curent electric.
Prima sursă de curent electric a fost inventată întâmplător, la sfârșitul secolului al XVII-lea, de omul de știință italian Luigi Galvani (de fapt, scopul experimentelor lui Galvani nu a fost să caute noi surse de energie, ci să studieze reacția animale de experiment la diverse influențe externe). Fenomenul apariției și curgerii curentului a fost descoperit atunci când benzi din două metale diferite au fost atașate de mușchiul piciorului unei broaște.
Experimentele lui Galvani au devenit baza cercetărilor unui alt om de știință italian - Alessandro Volta. Acum 200 de ani, el a formulat ideea principală a invenției.
Prima baterie, inventată acum 200 de ani, se baza pe suc de fructe.
Alessandro Volta a făcut o descoperire în 1800 prin asamblarea unui dispozitiv simplu din două plăci de metal (zinc și cupru) și un tampon de piele între ele, înmuiat în suc de lămâie.
Alessandro Volta a dezvăluit că între plăci apare o diferență de potențial. Unitatea de tensiune a fost numită după acest om de știință, iar sursa sa de energie din fructe a devenit precursorul tuturor bateriilor actuale, care se numesc acum celule galvanice în onoarea lui Luigi Galvani.
Pe Internet, am văzut o fotografie care arată un dispozitiv pe care îl puteți asambla cu propriile mâini. Acesta este un ceas electronic care folosește fructe în loc de baterie.
Am realizat un sondaj în rândul elevilor din clasa mea pentru a afla ce știu ei despre baterii despre existența unei baterii de fructe.
Ce este în baterie?
Pe baza rezultatelor chestionarului, pot concluziona că: băieții știu ce este în interiorul bateriei și cum funcționează. Și băieții au auzit de bateria de fructe. (fig. 1)
Compoziția sucului de fructe este un acid slab, prin urmare, dacă introduceți 2 electrozi în fruct: unul de cupru - celălalt zinc, atunci un curent slab va curge între electrozi, suficient pentru a alimenta ceasul. Dar nu sunt obișnuit să le cred pe cuvânt, așa că am decis să verific personal dacă acest lucru este adevărat sau nu.
Un experiment pentru a crea baterii.
Pentru a crea baterii de fructe, aveam nevoie de:
M 
Materiale:
Placa zincata
Un multimetru este un dispozitiv pentru măsurarea curentului și a tensiunii.
4. Fructe.
Încep să măsoare curentul în fructe.
Cu ajutorul tatălui meu, am făcut celule electrochimice din peră, măr și lămâie. În fiecare element, măsurătorile s-au făcut cu un multimetru. (fig. 2)
Am fost surprinși că lămâia, perele și merele dau energie electrică! Am introdus rezultatele măsurătorilor de tensiune în tabel. (fig. 3)
Am aflat că o baterie obișnuită de tip deget dă 1,5 volți.
Asa de, s-a confirmat ipoteza: fructe diferite dau un curent de putere diferită.
V. Aplicație.
Poza 1.
Formular.
Ce este în baterie?
Toți băieții au răspuns la această întrebare - da.
Există baterii de fructe?
Figura 2.
Luăm o para pe o parte, introducem un fir de cupru, iar pe cealaltă, o placă de zinc.
Bateria este gata, măsurăm tensiunea.
Luăm un măr pe o parte, introducem un fir de cupru, iar pe cealaltă, o placă de zinc. Bateria este gata, măsurăm tensiunea.
Luăm o lămâie pe o parte, introducem o sârmă de cupru, iar pe cealaltă, o placă de zinc. Bateria este gata, măsurăm tensiunea.
O baterie obișnuită de tip deget oferă 1,5 volți.
Figura 3.
Rezultatele măsurătorilor de tensiune.
Fructe
Tensiune, V
Pară
0.90
măr
0.87
Lămâie
0.90
Figura 4.
Am luat un mic bec LED. L-am conectat la contactele lămâii.
LED-ul meu albastru începe să lumineze!
Se întâmplă să te trezești într-o situație dificilă de viață când ai nevoie urgent de o sursă de energie. De exemplu, trebuie să vă încărcați telefonul mobil, să porniți radioul și așa mai departe. Cunoștințele de bază de fizică și chimie vă vor permite să găsiți o cale de ieșire din astfel de situații. Pentru mulți, va fi interesant de știut că puteți „porni” radioul sau încărcați telefonul mobil dintr-un măr sau lămâie.
În aceste scopuri veți avea nevoie de:
- contact din oțel (cuie, agrafă, bucată de sârmă de oțel, monedă de oțel etc.);
- contact de cupru (monedă de cupru, o bucată de sârmă de cupru, orice placă de cupru etc.);
- lamaie, iar daca se foloseste un mar, trebuie sa alegi cat mai acid;
- două fire pentru conectarea la „baterie”.
Procedură:
Etapa 1. Căutarea unei „surse de energie” potrivită
Cel mai simplu mod este să găsești un măr atunci când te afli într-o casă de țară, într-un sat sau pur și simplu rătăciți în pădure. Cea mai bună opțiune ar fi un măr acru, deoarece acidul este un ingredient cheie în durata de viață a bateriei. Dacă există o lămâie, atunci aceasta este cea mai potrivită opțiune. De asemenea, puteți folosi portocale, kiwi și alte fructe similare.
Etapa 2. Stabilirea contactelor
Trebuie să introduceți contacte într-o lămâie sau într-un măr, mai întâi trebuie să le curățați bine cu hârtie abrazivă, o pilă sau să frecați de o piatră. Contactele sunt introduse la o distanță de 2-3 centimetri unul de celălalt. Cu cât electrozii introduși sunt mai largi și mai lungi, cu atât bateria va genera mai multă tensiune. Dacă monedele sunt folosite ca contacte, atunci acestea trebuie introduse în paralel.
Etapa 3. Conectați bateria
Acum rămâne să conectați două fire la contactele stabilite. Puteți pur și simplu să le lipiți ușor într-o lămâie sau măr împreună cu contactele. Gata, bateria este gata de utilizare. Va exista un plus la electrodul de cupru și un minus la electrodul de oțel. Tensiunea va depinde de zona electrozilor și de aciditatea mărului sau lămâii.
O astfel de baterie este capabilă să furnizeze aproximativ 0,5-0,8 volți. Pentru ca un simplu receptor sa functioneze sau sa incarce unul mobil este nevoie de o tensiune de minim 3-5 Volti. Pentru a obține această putere, trebuie să faceți mai multe astfel de „baterii” și să le conectați în serie. În cazul nostru, pentru a obține 3 Volți, veți avea nevoie de aproximativ 5-6 astfel de „baterii”.
Pasul 4. Încărcați lămâile
Un fapt interesant este că „bateriile” create în acest fel pot fi încărcate complet. În aceste scopuri, puteți utiliza un încărcător de pe un telefon mobil. În aceste scopuri, autorul a decis să folosească o baterie „Krona”.
Firul pozitiv roșu este conectat la electrodul de cupru, iar firul negativ negru la cel de oțel. După încărcare, pe contactele „lămâii” va apărea o tensiune de 1-1,3 Volți.
