Для любителів всякого роду експериментів і дослідів пропонуємо незвичайну ідею - спробувати спорудити власними руками примітивну батарейку з кисленькі лимонів. Ми витрачаємо масу грошей на батарейки, акумулятори для живлення телефонів, годинників, іграшок, абсолютно не замислюючись про те, що нас оточує маса недорогих енергетичних джерел, з яких ми власноруч можемо в будь-який момент зібрати економний і простенький гальванічний елемент. Ми навіть не припускаємо, скільки цікавого нас оточує!
Для проведення експерименту нам знадобляться, як я вже згадував вище, лимони (8 штук), 9 тоненьких проводів з зажимами, 8 невеликих шматків мідного дроту і стільки ж оцинкованих цвяхів, годинник з батарейкою, ну і, звичайно ж, вольтметр для випробування можливостей ( напруги) спорудженої нами батарейки.
Легенько розім'явши в руках лимони, встромляє в кожен з них шматочок мідного дроту і один оцинкований цвях. Беремо годинник, виймаємо з них батарейку, і за допомогою проводів створюємо електричний ланцюг, як на рисунке. Вільні кінці проводів з першого і восьмого лимона підключаємо до годинника в тих місцях, де перебувала раніше батарейка, створюючи замкнуту ланцюг. По закінченню експерименту ми побачимо, як підуть годинник. Приєднавши кінці проводів до вольтметру, зможемо спостерігати напруга величиною 0,49 V.
Пояснити роботу нашої фруктової батарейки просто. При контакті міді і цинку з лимонною кислотою відбувається хімічна реакція, в результаті якої мідь ставати позитивно зарядженої, а цинк - негативно. При замкнутому ланцюзі, створеної за допомогою мідного дроту і невеликих оцинкованих цвяхів, починає діяти електричний струм. Цинк (джерело електронів) - це негативний полюс фруктової батарейки, Мідь - позитивний. Напруга в батарейки пов'язано зі здатністю цинку і міді віддавати електрони. Електричний ж струм залежить від кількості електронів, що вивільняються при пробегаемой хімічної реакції.
Якщо вдома не виявиться лимонів, в якості основного матеріалу для експерименту можна використовувати будь-які інші цитрусові, ківі, банани, яблука, груші, картопля, помідори, огірки, цибулини. Ці овочі та фрукти також можуть працювати в якості батарейки, правда напруга у них буде дещо відрізнятися від лимонного джерела струму. Найбільш висока напруга дасть груша, найбільш низкою - ківі. На електричні характеристики створюваних батарейок впливає кислотність вживаних продуктів. Поєднавши кілька фруктових батарейок послідовно, ми доб'ємося збільшення напруги, пропорційно кількості використовуваних фруктів.
Пару мідь і цинк можна підмінити іншими складовими, наприклад, міддю і алюмінієм, алюмінієм і цинком. Правда, в останньому випадку батарейка вийти дещо слабше "оригінальної" лимонної.
Вищеописаний експеримент є прямим підтвердженням того, що для задоволення своїх енергетичних потреб людина може вільно використовувати природні відновлювані матеріали. Ряд компаній в промислових масштабах вже почав займатися створенням незвичайних акумуляторних батарей із застосуванням продуктів переробки бананів, апельсинових кірок. Компанія Sоnу не так давно презентувала публіці батарейку, в якій замість електроліту використаний фруктовий сік. Заправивши батарейку 8 мл соку, можна забезпечити харчування невеликої портативної електроніки протягом однієї години. Вчені з Великобританії створили аналогічний варіант акумулятора для малопотужного комп'ютера з процесором Iпtе1 386. Експериментально було доведено, що 12 картоплин можуть стати повноцінних джерелом енергетичного живлення комп'ютера протягом 12 днів.
Природні акумулятори електричної енергії, батарейка з фруктів - чи можливо це? Давайте спробуємо розібратися з цим питанням в нашій лабораторії.
Потрібно відзначити, що цей експеримент хороший своєю простотою і наочністю. Його можна використовувати як для шкільного наукового проекту (особливо, додавши теоретичний розділ), так і у вигляді розваги влаштувавши непогану презентацію, наприклад, для друзів. Чудово підійде цей досвід і якщо ви просто вирішили з користю провести час з дитиною - і весело, і пізнавально!
У попередній статті про ми трохи торкнулися історію створення батарейки, дізналися, звідки в неї береться електрику, розглянули протікають в гальванічному елементі процеси. А неймовірно корисний метод пізнання навколишнього світу під назвою «Що там всередині?» допоміг нам подивитися, з чого складається батарейка. Правда, довелося розламати кілька гальванічних елементів, але в цій статті, обіцяю, ми ламати нічого не будемо. Тільки бачити!
Що нам для цього знадобиться? Як ми вже з'ясували, будь гальванічний елемент складається з електродів і електроліту. Слідуючи традиції, ніяких екзотичних або важкодоступних матеріалів ми використовувати не будемо. Якщо вам захочеться повторити експеримент, потрібно наступне:
- Овочі або фрукти, які є у вас під рукою. Тільки не кажіть оточуючим, для чого вони вам потрібні, а то наступного разу, коли вам захочеться, скажімо, апельсинчика, вам не дадуть - скажуть, мовляв, знову збираєшся продукти переводити 🙂 Вони виконуватимуть роль електроліту в нашій партії батарейки (а точніше , що міститься в них фруктовий сік, який завдяки фруктовим кислотам виконує роль ионообменной середовища).
- Залізні і оцинковані цвяхи. Якщо немає оцинкованих цвяхів, можете взяти шматочки оцинкованої бляхи. Якщо після попередньої статті по влаштуванню батарейок у вас залишився цинковий корпус - саме час дістати його з заповітної коробочки. Як ви зрозуміли, все це буде виконувати роль електродів.
- Кілька дротів. Я взяв кілька жив від многожильного кабелю типу «кручена пара». Провід нам потрібні для того, щоб організувати електричний ланцюг - той самий місток, по якому електрони біжать від одного електрода до іншого.
- Ну і звичайно ж нам буде потрібно споживач струму - навіщо нам електрику, якщо нам нікуди його витрачати. Як споживача стОит використовувати що-небудь малопотужне: наприклад калькулятор або світлодіод. Що-небудь потужніший, наприклад, лампу розжарювання, брати не варто. Хоча, останнім зауваженням можна знехтувати, якщо у вас перед будинком стоїть вантажівка з лимонами.
Розкладемо компоненти на нашому лабораторному столі.
Зачищаємо від ізоляції кінці проводів.
Починаємо занурювати електроди в електроліт. Ну а якщо по-простому - то встромляти цвяхи і пластини в заготовлені їстівні припаси. Спочатку один електрод ...
... а потім і другий.
На кінцях електродів закріплюємо дроти.
Гальванічний елемент готовий! Половинка лимона показує майже полвольта.
Проробивши всі вищеописані процедури з яблуком, бачимо, що гальванічний елемент з цього фрукта дає аналогічне напругу.
Аналогічне напруга забезпечує і апельсин.
А ось цибуля підніс сюрприз. Батарейка з нього вийшла високовольтна 🙂
А тепер давайте подивимося, на що здатна вся ця наша фруктово-електрична братія. Звичайно, кожен з цих елементів мало на що здатний. Хіба що просто продемонструвати за допомогою вольтметра, що електрику вони виробляють насправді. Набагато більш ефектним буде демонстрація роботи споживачів струму від наших фруктових батарейок. Як я вже зазначив, напруги, що видається окремим фруктовим гальванічним елементом, буде недостатньо для харчування навіть малопотужних споживачів струму. Отже, нам потрібно підвищити напруга. Цього можна досягти шляхом з'єднання декількох гальванічних елементів по послідовній схемі, тобто ось так:
Після з'єднання всіх наших гальванічних елементів в батарею отримуємо вже цілком солідне напруга.
Спробуємо підключити світлодіод (при підключенні необхідно дотримати полярність) ... Горить !!!
Навіть старий калькулятор, який я вже давно перестав вважати робочим, заробив від фруктової батареї!
Ну що ж, досвід вдався! Як бачимо, батарейка з фруктів цілком реальна. Звичайно, як серйозне джерело живлення її розглядати не можна. Але як відмінний наочний матеріал про природу електрики, який для непосвячених може виглядати навіть трохи містично, - цілком!
Успіхів вам у ваших експериментах!
МБОУ «Середня загальноосвітня школа №6 м Юрги»
Секція: Світ моїх інтересів.
Фруктова батарейка.
МБОУ ЗОШ № 6, учень 4 класу
Керівник: Белоносова Т. В.
Юрга
2015
l. Вступ.
ll. Основна частина.
Як працює батарейка.
Практичне використання батареїк.
lll. Висновок.
lV. Список літератури.
V. Прикладна програма.
l. Вступ.
М 
оя робота з'явилася завдяки захопленню книгами і бажанням майструвати вироби. Вперше про нетрадиційному використанні фруктів я прочитав у книзі Миколи Носова. За задумом письменника, Коротуна Винтик і Шпунтик, що жили в Квітковому місті, створили автомобіль, що працює на газованій воді з сиропом.
І тоді я подумав, а раптом фрукти теж зберігають якісь секрети.
Мені захотілося дізнатися якомога більше про незвичайні властивості фруктів. Вчені стверджують, що якщо у вас вдома відключать електрику, ви зможете деякий час висвітлювати свій будинок за допомогою лимонів.
Мета мого дослідження:
Отримання електричного струму з фруктів.
Завдання ви бачите на слайді.
1. Ознайомитися з принципом роботи батарейки.
2. Створити фруктові батарейки.
3. Експериментально визначити напруга таких батарейок.
4. Постаратися запалити лампочку за допомогою фруктової батарейки.
Предмет дослідження: отримання електричного струму.
Об'єкт дослідження: Фруктові батарейки.
Г 
іпотеза:
Чи є фрукти джерелом електричного струму? Чи можна зробити батарейку з фруктів?
ll. Основна частина.
Як працює батарейка.
Для початку розберемося, що таке електричний струм. Електричний струм - це рух електрично заряджених частинок. Я вирішив дізнатися, як влаштована звичайна батарейка. Батарейку сам я не розбирав, скористався енциклопедією. Будь-яка батарейка або акумулятор - це дві металеві пластини, поміщені в спеціальне хімічна речовина - електроліт. Одна пластина підключена до висновку «+», інша - до висновку «-».
батарейка - це зручне сховище електрики, яке може бути використане для забезпечення енергією переносних пристроїв. Деякі батарейки призначені для одноразового використання, інші можна перезаряджати. Батарейки бувають різноманітної форми і розмірів. Деякі - маленькі, як таблетка. Деякі - завбільшки з холодильник. Але всі вони працюють за одним принципом. У них створюється електричний заряд в результаті реакції між двома хімічними речовинами, в ході якої електрони передаються від одного з них іншому.
Як електроди цинк (оцинкована пластинка) і мідь (мідний дротик), а електроліт - розчин солей і кислот. Два металу занурені в розчин вступають в хімічну реакцію і виробляється електричний струм.
Перше джерело електричного струму був винайдений випадково, в кінці 17 століття італійським вченим Луїджі Гальвані (насправді метою дослідів Гальвані був не пошук нових джерел енергії, а дослідження реакції піддослідних тварин на різні зовнішні впливи). Явище виникнення і протікання струму було виявлено при приєднанні смужок з двох різних металів до м'яза жаб'ячої лапки.
Досліди Гальвані стали основою досліджень іншого італійського вченого - Алессандро Вольта. 200 років тому він сформулював головну ідею винаходу.
Винайдена 200 років тому найперша батарейка працювала саме на основі фруктового соку.
Алессандро Вольта в 1800 році зробив відкриття, зібравши нехитрий пристрій з двох пластин металу (цинк і мідь) і шкіряної прокладки між ними, просоченої лимонним соком.
Алессандро Вольта виявив, що між пластинами виникає різниця потенціалу. Іменем цього вченого назвали одиницю вимірювання напруги, а його фруктовий джерело енергії став прабатьком всіх нинішніх батарейок, які в честь Луїджі Гальвані називають тепер гальванічним елементами.
В Інтернеті я побачив фотографію, на якій зображено пристрій, який можна зібрати своїми руками. Це електронний годинник, що використовують замість батарейки фрукти.
Я провів анкетування серед учнів мого класу, з метою з'ясування, що вони знають про батарейки про існування фруктової батарейки.
Що міститься в батарейці?
За результатами анкети я можу зробити висновок, що: хлопці знають, що міститься всередині батарейки і як вона працює. І про фруктову батарейку хлопці чули. (Рис. 1)
Фруктовий сік за своїм складом є слабку кислоту, тому якщо вставити у фрукт 2 електрода: один мідний - інший цинковий, то між електродами потече слабкий струм, достатній для харчування годин. Але я не звик вірити на слово, тому вирішив перевірити особисто - правда це чи ні.
Експеримент зі створення батарейок.
Для створення фруктових батарейок мені знадобилися:
М 
атеріали:
оцинкована платівка
Мультиметр - прилад для вимірювання сили струму і напруги.
4.Фрукти.
Приступаю до вимірювання струму у фруктах.
Мною, за допомогою тата, були зроблені гальванічні елементи з груші, яблука та лимону. У кожному елементі були зроблені виміри приладом мультиметром. (Рис.2)
Нас здивувало, що лимон, груші та яблука дають електрику! Результати вимірювань напруги я заніс в таблицю. (Рис.3)
Я дізнався, що звичайна пальчикова батарейка дає 1,5 Вольта.
Отже, гіпотеза знайшла своє підтвердження: різні фрукти дають різний по силі струм.
V. Прикладна програма.
Малюнок 1.
Анкета.
Що міститься в батарейці?
На це питання все хлопці відповіли - так.
Чи існують фруктові батарейки?
Малюнок 2.
Беремо грушу з одного боку вставляємо мідну зволікання, а з іншого цинкову пластину.
Батарейка готова вимірюємо напруга.
Беремо яблуко з одного боку вставляємо мідну зволікання, а з іншого цинкову пластину. Батарейка готова вимірюємо напруга.
Беремо лимон з одного боку вставляємо мідну зволікання, а з іншого цинкову пластину. Батарейка готова вимірюємо напруга.
Звичайна пальчикова батарейка дає 1,5 Вольта.
Малюнок 3.
Результати вимірювань напруги.
фрукти
Напруга, V
груша
0.90
яблуко
0.87
лимон
0.90
Малюнок 4.
Взяли маленьку світлодіодну лампочку. Під'єднали її до контактів лимона.
Мій блакитний світлодіод починає світитися!
Буває, що опиняєшся в складній життєвій ситуації, коли терміново потрібен джерело енергії. Наприклад, потрібно зарядити мобільний телефон, включити радіо і так далі. Елементарні знання фізики і хімії дозволять знайти вихід з подібних ситуацій. Для багатьох буде цікаво дізнатися, що "живити" радіо або зарядити мобілку можна від яблука або лимона.
Для цих цілей знадобиться:
- сталевий контакт (цвях, скріпка, шматочок сталевого дроту, сталевий монета і так далі ...);
- мідний контакт (мідна монета, шматочок мідного дроту, будь-яка мідна пластинка і т.п.);
- лимон, а якщо буде використовуватися яблуко, потрібно вибирати якомога більше кисле;
- два проводка для підключення до "батарейці".
Порядок дій:
Етап 1. Шукаємо відповідний "джерело енергії"
Найпростіше, перебуваючи на дачі, селі або просто заблукавши в лісі, знайти яблуко. Найкращим варіантом буде кисле яблуко, так як кислота є ключовим компонентом у роботі "батарейки". Якщо ж є лимон, то це найкращий варіант. Також можна використовувати апельсини, ківі та інші подібні фрукти.
Етап 2. Встановлюємо контакти
В лимон або яблуко потрібно вставити контакти, попередньо їх потрібно гарненько зачистити за допомогою наждачного паперу, напилка, ну або ж потерти об камінь. Контакти вставляються на відстань 2-3 сантиметри один від одного. Чим ширше і довше будуть вставлені електроди, тим більше напруги буде виробляти батарейка. Якщо в якості контактів виступають монети, то їх потрібно вставляти паралельно.
Етап 3. Підключаємо батарейку
Тепер залишається приєднати два проводка до встановленим контактам. Їх можна просто акуратно увіткнути в лимон або яблуко разом з контактами. Ось і все, батарейка готова до використання. На мідному електроді буде плюс, а на сталевому мінус. Напруга буде залежати від площі електродів і кислотності яблука або лимона.
Одна така батарейка здатна видавати порядку 0.5-0.8 Вольт. Для того щоб запрацював простий приймач або зарядився мобільний, потрібна напруга як мінімум 3-5 Вольт. Щоб отримати таку потужність, потрібно зробити кілька таких "батарейок" і з'єднати їх послідовно. У нашому випадку для отримання 3 Вольт знадобиться близько 5-6 таких "батарейок".
Етап 4. Заряджаємо лимони
Цікавим є той факт, що створені таким чином «батарейки» цілком можна заряджати. Для цих цілей можна скористатися зарядним пристроєм від мобільного телефону. Автор для цих цілей вирішив використовувати батарейку типу "Крона".
Червоний плюсової провід підключається до мідного електрода, а чорний мінусовій до сталевого. Після зарядки на контактах "лимона" з'явиться напруга вже в 1-1.3 Вольта.
Растегаев Данило учень 9 класу МОУ-ЗОШ №9 м Аткарского
У дослідницькому проекті определяюстя можливості використання лимона як джерела струму. Розраховується його питомий опір і ККД.
Завантажити:
Попередній перегляд:
Дослідження характеристик лимона як джерела струму
Растегаев Данило,
учень 9 класу
МОУ-ЗОШ №9 м Аткарского
Вступ.
Використання електричної енергії в даний час дуже тісно пов'язане з комфортністю проживання людини в сучасному світі. Разом з тим запаси традиційних природних палив (нафти, вугілля, газу і ін.) Кінцеві. Кінцеві також і запаси ядерного палива - урану і торію, з якого можна отримувати в реакторах плутоній. Практично невичерпні запаси термоядерного палива - водню, проте керовані термоядерні реакції поки не освоєні і невідомо, коли вони будуть використані для промислового отримання енергії в чистому вигляді. Людство шукає альтернативні джерела отримання електричного струму: вітер, геотермальні води, енергію припливів і відливів. А може бути, джерела струму створила сама природа? І нам залишається лише знайти їм застосування.
Один з таких джерел досліджується в даній роботі.
Мета проекту:
Дослідити характеристики лимона як джерела струму.
завдання:
- Познайомитися з поняттями ЕРС і внутрішній опір.
- Вивчити закон Ома для повного кола.
- Пояснити процеси, що відбуваються в лимоні, який використовується як джерело струму.
- Експериментально визначити ЕРС і внутрішній опір лимона, розрахувати питомий опір лимона і потужність лимона, як джерела струму.
- Розглянути можливість використання даного джерела струму в практичних цілях.
- ЕРС джерела струму.
Електричний струм являє собою впорядкований рух заряджених частинок. Щоб отримати електричний струм у провіднику, треба створити в ньому електричне поле. Електричне поле в провідниках створюється і може підтримуватися тривалий час джерелами електричного струму. Існують різні види джерел струму:
- механічні (електрофорна машина);
- теплові (термоелемент);
- світлові (фотоелемент);
- хімічні (гальванічний елемент).
Джерела струму бувають різні, але в кожному з них відбувається робота з розділення позитивно і негативно заряджених частинок. Будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком кулонівських сил, називають сторонніми силами. Всередині джерела струму заряди рухаються під дією сторонніх сил, а у всій іншій ланцюга - під дією електричного поля. Природа сторонніх сил може бути різноманітна.
Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною величиною, званої електрорушійної силою (ЕРС).
- Лимон - гальванічний елемент.
Лимон - невелике вічнозелене плодове дерево заввишки до 5-8 м, з розкидистою або пірамідальною кроною. Зустрічаються дерева у віці 45 років.
Плоди лимона містять лимонну кислоту (C6 H 8 O 7 ). Речовина надзвичайно поширене в природі: міститься в ягодах, плодах цитрусових, хвої, стеблах махорки, особливо багато її в китайському лимонник і недозрілих лимонах.
Вперше лимонна кислота була виділена в 1784году з соку недозрілих лимонів шведським аптекарем Карлом Шеєле.
У лимоні, як і в гальванічному елементі, природа сторонніх сил - хімічна. В результаті хімічної реакції відбувається розчинення цинку в лимонній кислоті. У розчин переходять позитивно заряджені іони цинку, а сама цинкова пластина при цьому заряджається негативно. Мідна пластина заряджається позитивно, так як іони цинку осідають на ній. (Див. Додаток 1)
Для проведення вимірювань і експерименту зберемо електричне коло за схемою:
- Закон Ома для повного кола.
Розглянемо електричний ланцюг для нашого експерименту.
Джерело струму має ЕРСɛ і опір r. Опір джерела струму часто називають внутрішнім опором, опір зовнішнього ділянки ланцюга позначають R.
Георг Симон Ом (16 березеня 1787 - 6 липня 1854) - знаменитий німецький фізик. Найбільш відомі роботи Ома стосувалися питань про проходження електричного струму і привели до знаменитого «закону Ома», що зв'язує опір ланцюга електричного струму, внутрішній опір і ЕРС джерела струму, силу струму.
Закон Ома для повного кола:
Сила струму в електричному ланцюзі прямо пропорційна електрорушійної силі джерела струму і обернено пропорційна сумі електричних опорів зовнішнього і внутрішнього ділянок ланцюга.
- Результати експерименту.
Зберемо експериментальну ланцюг для отримання необхідних даних. (Див. Додаток 2)
Виміряємо ЕРС лимона:ɛ \u003d 0,95В
Виміряємо силу струму і напругу на ділянці ланцюга при різному зовнішньому опорі.
U 1 \u003d 0,515В U 2 \u003d 0,586В
I 1 \u003d 196мкА I 2 \u003d 160мкА
R 1 \u003d 2кОм R 2 \u003d 3 кому
Згідно із законом Ома для повного кола розрахували внутрішній опір лимона: r \u003d 2,1кОм. (Див. Додаток 3)
Виміряємо струм короткого замикання на лимоні: Iкз \u003d 460мкА. Струм короткого замикання має максимальне значення в тому випадку, коли зовнішній опір ланцюга R → 0.
За допомогою отриманих вимірювань ми вирахували питомий опір лимона ƍ \u003d 69 * 106 Ом * мм 2 / М. (Див. Додаток 3)
Також визначили ККД і потужність лимона як джерела струму
P \u003d 108,3 * 10 -6 Вт
Ƞ \u003d 60%
Незважаючи на досить велике значення ККД, потужність лимона як джерела струму дуже маленьке.
Ми спробували використовувати лимон як джерело струму. Зібрали електричну ланцюг з декількох послідовно з'єднаних лимонів і діода. Кілька послідовно з'єднаних лимонів служать батарей гальванічних елементів. При послідовному з'єднанні сила струму, яке видає таке джерело залишається незмінною, а напруга дорівнює сумі напруг на клемах окремих джерел. За допомогою 5 послідовно з'єднаних лимонів ми змогли запалити два світлодіода.
Висновок.
- Лимон - гальванічний елемент, в якому діють хімічні сторонні сили.
- Лимон можна використовувати як джерело електричного струму.
- В побутових цілях лимон не можна використовувати як джерело струму, так як струм, який видає лимон, становить близько кількох десятків мікроампер, при цьому він має дуже великим внутрішнім опором.
Список літератури та інших джерел:
- А.В. Перишкін Фізика 8 клас. М: «Дрофа» 2009р.
- Г.Я. Мякішев, Б.Б. Буховцев, М.М. Соцький Фізика 10 клас, М: «Просвещение» 2007р.
- М.Н. Алексєєва Фізика - юним. М: «Просвещение» 1980р.
- І.Г. Кирилова Книга для читання з фізики. М: «Просвещение» 1986р.
- http://ru.wikipedia.org
Додаток 1
Додаток 2
додаток 3
Ми вирахували, що внутрішній опір лимона r \u003d 2,1 кОм.
Ми вирахували, що довжина між пластинамиl \u003d 3,8 см \u003d 0,038 м.
Визначили площа пластинa \u003d 39мм b \u003d 32мм S \u003d ab \u003d +1248 мм 2
Тепер знайдемо питомий опір лимона за формулою:
