Напоминание

Из опыта работы учителя физики и математики. Исследовательская работа на тему:"Электричество и я2


Автор: Касьянова Зоя Владимировна
Должность: учитель физики и математики
Учебное заведение: МКОУ "Желанновская СШ"
Населённый пункт: Омская область Одесский район с.Желанное ул.Кооперативная 39
Наименование материала: Опыт работы
Тема: Из опыта работы учителя физики и математики. Исследовательская работа на тему:"Электричество и я2
Раздел: полное образование





Назад




Региональная общественная организация «Омский совет ректоров»

Омское региональное отделение Всероссийской общественной организации

«Русское географическое общество»

Детская областная общественная организация

«Научное общество учащихся «Поиск»

Омский Научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

МКОУ «Желанновская средняя школа»

LIV

Межрегиональная научно-практическая конференция

школьников и учащейся молодежи

Тема: «Электричество и я »

Учебно-исследовательская работа

Научное направление: физико-математическое

Выполнил:

ученик 7 класса

МКОУ «Желанновская СШ»

Малыгин Максим Владимировна

Научный руководитель:

МКОУ «Желанновская СШ»

Касьянова Зоя Владимировна

Желаннное- 2023

Содержание

Введение……………………………………………………………………….... 3

Глава 1. Понятие батарейки и принцип ее работы………………………….…6

Глава 2. Практическое применение батарейки из овощей и фруктов……..…9

Заключение………………………………………………………………….….. 12

Список использованной литературы………………………………………….. 14

Приложение 1…………………………………………………………………...15-16

Введение

Актуальность темы исследования

В настоящее время хозяйственная деятельность человека всё чаще становится основным

источником загрязнения окружающей среды. Мы и не подозреваем, к чему приводит наше

легкомысленное отношение к правилам утилизации отходов. Природа не в силах

«переварить» весь мусор. Например для разложения выработавших свой ресурс

пальчиковых батареек требуется не менее 10 лет. Взглянув на обычную пальчиковую

батарейку, вы практически всегда увидите на ней этот знак:

Это означает: «Не выбрасывать, необходимо сдать в спец пункт утилизации».

И этот знак на батарейке стоит неспроста! Подсчитано, что одна пальчиковая

батарейка, беспечно выброшенная в мусорное ведро, может загрязнить тяжёлыми

металлами около 20 квадратных метров земли, а в лесной зоне это территория обитания

двух деревьев, двух кротов, одного ёжика и нескольких тысяч дождевых червей!

В батарейках содержится множество различных металлов — ртуть, никель, кадмий,

свинец, литий, марганец и цинк, которые имеют свойство накапливаться в живых

организмах, в том числе и в организме человека, и наносить существенный вред

здоровью.

А что если заменить эти батарейки экологически чистыми источниками электрического

тока?

Наверняка многие слышали, что можно экономить на обычных батарейках, заменяя их

фруктовыми. Российские ученые давно выяснили, что обычные овощи и фрукты полезны

не только с точки зрения питания. Апельсины, лимоны и другие фрукты и овощи — это

идеальный электролит для выработки бесплатного электричества, правда не столь

мощного, как у обычных батареек. Индийские ученые предлагают использовать фрукты,

овощи и отходы от них при производстве источников питания для несложной бытовой

техники с низким потреблением энергии. Внутри необычных батареек - паста из

переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей-фруктов и электроды из

цинка и меди. Одновременное действие четырех таких батареек позволит запустить

стенные часы, пользоваться электронной игрой и карманным калькулятором, а для

ручных часов и одной батарейки хватит.

Объект исследования: фруктовые и овощные батарейки.

Предмет исследования: электрический ток, полученный из овощей и фруктов.

Гипотеза: предположим, что из овощей и фруктов можно получить электрический ток,

тогда есть возможность использовать их в качестве электролита при изготовлении

батарейки.

Цель: исследование возможности получения источников питания из фруктов и овощей.

Задачи:

1.

Ознакомиться с принципом работы батарейки.

2.

Создать фруктовые и овощные батарейки.

3.

Провести опрос одноклассников о возможности использования фруктов и овощей в

качестве батарейки.

Методы исследования:

Изучение литературы, наблюдение, эксперимент, анкетирование, анализ полученных

результатов.

Практическая значимость: если бы удалось создать источники питания из экологически

чистого материала, такого как овощи и фрукты, мы могли бы использовать их для работы

электрических приборов с низким потреблением энергии, и при этом оберегать

окружающую среду от загрязнения, так как обычные батарейки при неправильной

утилизации очень долго разлагаются.

Работа состоит из введения, двух глав и заключения.

Во введении обоснована актуальность исследования, определены цели и задачи, объект и

предмет исследования, гипотеза исследования, отражены методы исследования и

практическая значимость работы.

В 1 главе «Понятие батарейки и принципы ее работы» рассмотрена история изобретения

первой батарейки и принцип работы современных гальванических элементов.

Во 2 главе «Практическое применение батарейки из овощей и фруктов» приведено

описание создания батарейки из картофеля, яблока, огурца, мандарина, банана и лука.

Проведено экспериментальное измерение напряжения электрического тока в полученных

батарейках с помощью амперметра, и описана попытка зажечь лампочку и светодиод с

помощью батарейки из картофеля.

В заключении подведены общие итоги работы и сделаны выводы.

Глава 1 Понятие батарейки и принципы ее работы

Электрические явления были непонятны и опасны для жизни, они вселяли страх. Но

постепенно опыт накапливался, и люди начали понимать некоторые из них, научились

создавать и использовать электричество в своих нуждах. Мы знаем, где оно живет: в

проводах, подвешенных на высоких мачтах, в комнатной электропроводке и еще в

батарейке карманного фонаря. Но все это электричество домашнее, ручное. Человек его

изловил и заставил работать. Оно потрескивает в никелированном теле электроутюга.

Сияет в лампочке. Гудит в электродвигателях. Весело распевает в радиоприемниках. Да

мало ли что еще может делать электричество.

Современная жизнь немыслима без радио и телевидения, телефонов и телеграфа,

осветительных и нагревательных приборов, машин и устройств, в основе которых лежит

возможность использования электрического тока. Возможности электричества поражали:

передача энергии и разнообразных электрических сигналов на большие расстояния,

превращение электрической энергии в механическую , тепловую, световую …

Ну, а есть ли на свете электричество дикое, неприрученное? Такое, которое живет само по себе?

Да, есть. Оно вспыхивает ослепительным зигзагом в грозовых тучах. Оно светится на мачтах

кораблей в душные тропические ночи. Но оно есть не только в облаках, и не только под

тропиками. Тихое, незаметное, оно живет всюду. Даже у нас в комнате. Мы часто держим его в

руках и сами об этом не знаем. Но его можно обнаружить.

Батарейка – это источник питания, который вырабатывает электричество под действием

химического процесса.

Батарейка. Это слово плотно вошло в нашу повседневную жизнь. Но к сожалению сегодня

мало кого интересует ее история, ее устройство, ее виды.

Первый источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века

итальянским ученым Луиджи Гальвани . На самом деле целью опытов Гальвани был не

поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на

разные внешние воздействия. Явление возникновения и протекания тока было

обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей

лапки.

Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого –

Алессандро Вольта. 200 лет назад он сформулировал главную идею изобретения.

Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой

принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта создал

нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между

ними, пропитанной лимонным соком. Алессандро Вольта выявил, что между пластинами

возникает напряжение. Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а

его фруктовый источник энергии стал прародителем всех нынешних батареек, которые в

честь Луиджи Гальвани называют теперь гальваническими элементами.

Таким образом, гальванический элемент (батарейка) — это источник электричества,

который основан на химическом взаимодействии некоторых веществ между собой.

Сегодня в магазинах можно увидеть большое количество батареек. Батарейки бывают

разнообразной формы или размеров. Некоторые – маленькие как таблетка, или тонкие, как

карточка. Некоторые – величиной с холодильник. Несмотря на внешние существенные

отличия, устройство батарейки любого типа имеет общие черты и принципы. Различия

могут быть только в составе химических веществ, с помощью которых выделяется

электрическая энергия. Наиболее распространенные батарейки по типу электролита:

Солевые батарейки. В них используется уголь и марганец, электролит из хлорида

аммония и катод из цинка. В перерывах между эксплуатацией элементы питания могут

«восстанавливаться». Это немного продлевает срок службы батарейки.

Алкалиновые (щелочные) батарейки. От солевых их отличает состав электролита - здесь

используется щелочной электролит. Такие батарейки имеют продолжительный срок

хранения.

Солевые и алкалиновые (щелочные) батарейки содержат растворенные тяжелые металлы,

в состав может входить от 10 до 20 элементов таблицы Менделеева, многие из этих

элементов являются сильно токсичными веществами.

Серебряные батарейки имеют катоды из оксида серебра. Их напряжение на 0,2 В выше,

чем солевых в одних и тех же условиях. В остальном серебряные элементы питания

похожи на солевые.

Литиевые батарейки обладают очень большим сроком хранения, высокой плотностью

энергии и сохраняют работоспособность в большом диапазоне температур, поскольку не

содержат воды. В их состав входит литиевый катод, электролит и анод из различных

материалов.

Все известные элементы питания различны по некоторым принципам, но схема работы у

них одна. В них создается электрический заряд в результате реакции между двумя

химическими веществами, в ходе которой электроны передаются от одного из них к

другому. В батарейках для фонарика эти вещества обычно представлены цинком и

углеродом. В автомобильном аккумуляторе это свинец и диоксид свинца. В компьютере

или мобильном телефоне используются обычно оксид лития с кобальтом и углерод.

У любой батарейки есть положительный полюс (катод), отрицательный полюс (анод) и

электролит, который может быть сухим или жидким.(Приложение рис 1)

Электрический ток бежит от анода (-) к катоду(+), но между ними обязательно должна

быть нагрузка (потребитель энергии). Если нагрузки не будет, то есть (+) соединить с (-)

напрямую, то произойдет короткое замыкание.(Приложение рис 2)

Катоды выполняют функцию восстановителя, то есть принимают электроны от анода.

Электролит – это среда, в которой перемещаются ионы, образовавшиеся в процессе

химической реакции. В процессе работы батарейки постепенно образуются новые

вещества, а электроды постепенно разрушаются – батарейка садится. Многие

гальванические элементы могут быть использованы только один раз. Они производятся на

заводе, разряжаются в процессе использования и затем выбрасываются. Сейчас наиболее

популярны перезаряжаемые батарейки, называемые аккумуляторами.

В кратком виде весь процесс работы батарейки выгляди так: анод – нагрузка – катод –

электролит.

Именно на таком принципе и делаются большинство батареек, которыми мы пользуемся.

Разница заключается в том, что в различных видах производимых батареек, отличие

только в используемых веществах и материалах.

Глава 2 Практическое применение батарейки из овощей и фруктов

Я провел опрос среди одноклассников, чтобы выяснить, что им известно о возможности

получения электричества из овощей и фруктов, и получил следующие результаты

(Приложение 1): около 50% учащихся не знают ничего о том, кто изобрел батарейку;

более половины учеников ничего не слышали о возможности получения электрического

тока из овощей и фруктов, и уж тем более не имеют представления о том, как это может

помочь сохранению окружающей среды. Именно поэтому я думаю, что моя работа

должна быть интересна и познавательна для моих одноклассников и не только для них.

Меня заинтересовал вопрос о том, как сделать батарейку своими руками.

Поискав информацию, мы узнали, что можно сделать батарейку из картошки. На одном

овоще решили не останавливаться, а провели исследования еще на яблоке, огурце, банане,

луке и мандарине.

Для изготовления батарейки из овощей и фруктов нам понадобятся:

Овощи, фрукты, цинковые гвозди, медные гвозди или отрезки медной проволоки, провода

с зажимами, светодиод, мульти метр.

На примере картофеля рассмотрим, как и что следует делать.

В картофель необходимо воткнуть гвоздь и медную проволоку.

Далее следует зажимами присоединить провода к гвоздям. Свободные концы провода

присоединяются к устройству измерения (в нашем случае — это мульти метр), которое и

показывает напряжение, возникающее на концах проводника.

Получившаяся батарейка из картофеля – это однозарядная батарейка. Она работает также,

как батарейки, вставленные в фонарик или радиоприемник.

Картофельный сок в такой батарейке выступает в качестве электролита, медная проволока

– это положительный электрод, принимающий электроны, а цинковый гвоздь –

отрицательный электрод, принимающий электроны.

Когда я присоединил к электродам измерительный прибор, цепь замкнулась. Внутри

клубня картофеля произошла химическая реакция. Электроны внутри атомов,

составляющих картофельный сок, собрались на отрицательном электроде и потекли по

цепи к положительному электроду. Таким образом возник электрический ток, текущий по

электрической цепи.

Для экспериментального замера электрического напряжения были взяты имеющиеся под

рукой фрукты (яблоко, банан, мандарин) и овощи (картофель, огурец, лук).

Итак, подопытные овощи и фрукты дают следующее напряжение (В):

картофель — 0,45 яблоко — 0,45

,

банан — 0,43 огурец — 0,43

,

лук — 0,41 мандарин —

0,42

Как мы видим, в группе наших овощей и фруктов лидером по полученному напряжению

стало яблоко и картошка, а в отстающих оказался лук. Правда разница в цифрах не такая

уж большая.

Но будет ли гореть лампочка, если питать ее от фруктового источника?

Я взял лампочку на 3,0 В. В качестве источника взял картофель, как наиболее доступный

овощ, к тому же показавший максимальное электрическое напряжение. Одна картофелина

дает напряжение порядка 0,5 В. От одной лампочка не загорится. Но я прочитал, что для

того, чтобы создать большее напряжение, можно попробовать соединить несколько

картофельных батареек друг с другом. Для этого я сделал еще несколько таких же

батареек, затем с помощью металлических зажимов-крокодильчиков соединил стальной

электрод одной батарейки с медным электродом другой. Таким образом, можно соединять

батарейки друг с другом в ряд, создавая многозарядную картофельную батарейку. Причем

напряжение в такой батарейке будет увеличиваться пропорционально количеству взятых

овощей.

Поэтому в нашем случае мне необходимо как минимум семь картофелин.

Но почему то лампочка не загорелась. Не загорелась она и при большем количестве

картошин. Хотя общее напряжение составило более 3В. Я нашел информацию о том, что

это вполне объяснимо, ведь токи в такой цепи очень слабые и недостаточны, а для работы

электроприборов важно не только электрическое напряжение, но и сила тока.

.

Заключение

Работа, которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на все

интересовавшие меня вопросы. Так, проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о

возможности создания источников питания из фруктов и овощей. Такие батарейки могут

использоваться для работы приборов с низким потреблением энергии, таких как часы или

калькулятор.

Как показал мой эксперимент, из использованных фруктов и овощей лучшими

источниками электрического тока являются яблоко и картофель.

Я научился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать

выводы. Также я научился определять электрическое напряжение внутри овощей и

фруктов.

Мне очень понравилось ставить эксперименты самому, оценивать получившийся

результат. Я заметил, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически так должно

быть. Например, мне не удалось зажечь лампочку на 3 В.

Мне бы очень хотелось, чтобы ученые изобрели батарейки, помогающие сохранять

окружающую среду. Ядовитые вещества из обычных батареек, проникают в почву, в

подземные воды, попадают в наше с вами море и в наши с вами водохранилища, из

которых мы пьем воду, не думая, что вредные химические соединения (из вашей же

батарейки, выброшенной неделю назад в мусоропровод) с кипячением не исчезают, не

убиваются - они ведь не микробы.

И каждый из нас должен понимать, что кроме нас никто

не сможет сберечь нашу Землю от экологической катастрофы.

В процессе работы над проектом мне пришла в голову мысль о том, что я мог бы внести

посильный вклад в сохранение окружающей среды путем сбора отслуживших свой срок

батареек и сдачи их в специальные пункты приема. Мне удалось выяснить, что батарейки

принимают в любом магазине «Эльдорадо», для этого там установлены специальные

урны. Я хочу поставить небольшой контейнер или коробку в своем классе и предложить

одноклассникам приносить из дома использованные батарейки. По мере накопления мы

будем отвозить их в один из пунктов приема. Может быть в дальнейшем к нашей акции

присоединятся и другие классы нашей школы, и таким образом мы все сможем проявить

непосредственное участие в столь важном деле, как охрана окружающей среды.

Список использованной литературы:

1. Журнал. «Галилео» Наука опытным путем. № 3/ 2011 г. «Лимонная батарейка» стр 9-14

2. Журнал «Юный эрудит» № 10 / 2009 г. «Энергия из ничего» стр.11-13

3. Гальванический элемент — статья из Большой советской энциклопедии.

4. В. Лаврус «Батарейки и аккумуляторы» стр. 22-25

Приложение 1

Я провел опрос среди одноклассников, чтобы выяснить, что им известно о возможности

получения электричества из овощей и фруктов, и получил следующие результаты:

1.

Знаешь ли ты, кто изобрел батарейку (гальванический элемент)?

а) Бенджамин Франклин;

б) Луиджи Гальвани;

в) Василий Петров.

Приложение

2.

Как ты думаешь, возможно ли получить электрический ток из овощей и фруктов?

а) да;

б) нет;

в) не знаю.

3.

По твоему мнению, использование овощей и фруктов в качестве батарейки может помочь

сохранению окружающей среды?

а) да;

б) нет;

в) не знаю.

РИС 1

РИС2



В раздел образования