ИИсследовательская работа учащихся по теме: 'Электрический ток в овощах и фруктах' (8 класс)

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение «Комсомольская средняя общеобразовательная школа» с. Лукьяновка Одесского района Омской области

Районная научно - практическая конференция учащихся

Исследовательская работа

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

В ОВОЩАХ И ФРУКТАХ

Выполнили: Мизиряк Роман

Нацаренус Максим,

учащиеся 8 класса

МКОУ «Комсомольская СОШ»

с. Лукьяновка Одесского района.

Руководитель: учитель физики

МКОУ «Комсомольская СОШ»

Кукушкина Антонина Васильевна.

Содержание

стр.

Введение 3-4

1.Результаты освоения теоретического материала

а) Из истории создания источников электрического тока 5-6

б) Устройство батарейки 7

2. Результаты эксперимента

а) Измерение величины напряжения в овощах и фруктах 8-10

б) Определить зависимость напряжения от размеров исследуемых тел 11

в) Влияние расстояния между электродами на величину электрического напряжения 12

г) Влияние времени работы «съедобных» батареек на напряжение в них 13

Заключение 14

Практические предложения 15

Литература 16

Приложения 17-18

Введение

Наша исследовательская работа посвящена необычным источникам электрического тока. В современном окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. И мы каждый день сталкиваемся с приборами, в которых используются гальванические элементы, батарейки, аккумуляторы. Например, часы, светильники, игрушки, пульты к телевизорам, тонометры оснащены гальваническими элементами [9]1. Впервые о нетрадиционных источниках электрического тока - овощах и фруктах - мы узнали на уроке физики. Убедились, что обыкновенный картофель является источником электрического тока, и что многие фрукты и овощи тоже могут быть источниками электрического тока. В результате нам захотелось узнать как можно больше о необычных свойствах овощей и фруктов. Возникло сразу много вопросов. Например, какие из них лучшие источники электрического тока, а какие слабее? Долговременные эти источники электрического тока или нет? Можно ли их использовать на практике? Если да, то, как и где. Следует заметить, что вопрос получения электрического тока и в настоящее время остаётся актуальным и важным для человечества. Новизна исследования заключается в том, что привычные нам предметы питания, могут выступать в необычной роли. Гипотеза: различные фрукты и овощи могут служить источниками электричества. Цель исследования заключается в получении электрического тока из фруктов и овощей и исследование величины электрического напряжения. Поэтому объектом исследования стали фрукты и овощи. Предмет исследования: величина электрического напряжения.

1 Энциклопедический словарь юного физика. Москва. Педагогика, 1991 г.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи: 1.Изучить литературу по истории создания учёными первых источников электрического тока. 2.Подробнее изучить устройство гальванического элемента, его принцип работы. 3.Экспериментально определить электрическое напряжение внутри «вкусных» источников питания и сравнить его. 4. Доказать, что величина электрического напряжения, создаваемого исследуемым овощем или фруктом, не зависит от их размеров. 5.Определить влияет ли расстояние между электродами на величину электрического напряжения.

6.Убедиться, что с течением времени, напряжение в используемых фруктах убывает. 7. Узнать, используются ли овощные и фруктовые батарейки на практике.

Для данного исследования место и время проведения работы неважны. Часть исследований проведено в школьной лаборатории, а другая их часть, требующая долговременного наблюдения за процессом, выполнена дома. Эксперимент проводился с 8.02.2012 года по 20.02.2012 года.

Для создания «вкусной» батарейки были взяты фрукты: лимон, апельсин, мандарин, яблоко, банан и груша. Из овощей выбрали солёный огурец, сырой и варёный картофель, зелёную редьку, свёклу и репчатый лук, а также цинковая пластина, медная проволока и зажимы. В каждом теле был сделан замер напряжения с помощью вольтметра.

В работе использовались следующие методы: наблюдение, эксперимент, анализ, сравнение и обобщение.

1.Результаты освоения теоретического материла а) История создания источников электрического тока

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью изысканий Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани дал неверное[4]1.

Опыты Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого - Алессандро Вольта. 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. Оно состояло из цинковой и медной пластин погруженных в емкость с соляным раствором. В результате цинковая пластина (катод) начинала растворяться, а на медной стали (аноде) появлялись пузырьки газа. Вольта предположил и доказал, что по проволоке протекает электрический ток. Несколько позже ученый собрал целую батарею из последовательно соединенных элементов, благодаря чему удалось существенно увеличить выходное напряжение. Именно это устройство стало первым в мире элементом питания и прародителем современных батарей. А называемые в народе «пальчиковые» и «мизинчиковые» батарейки и есть гальванические элементы, названные в честь Луиджи Гальвани [8]2.

1 Кабардин О.Ф. Справочные материалы по физике. Москва. Просвещение, 1985. 2.Энциклопедический словарь юного техника. Москва. Педагогика, 1980. Всего через год после этого, в 1803 году, русский физик Василий Петров для демонстрации электрической дуги собрал самую мощную химическую батарею, состоящую из 4200 медных и цинковых электродов. Выходное напряжение этого монстра достигало 2500 вольт. Впрочем, ничего принципиально нового в этом «вольтовом столбе» не было. В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля». В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах [2]1. Начало промышленного производства первичных химических источников тока было заложено в 1865 г. французом Ж. Л. Лекланше, предложившим марганцево-цинковый элемент с солевым электролитом. В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia». Самый долгоживущий гальванический элемент - серно-цинковая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 г. До 1940 г. марганцево-цинковый солевой элемент был практически единственным используемым химическим источником тока[5]2. Несмотря на появление в дальнейшем других первичных источников тока с более высокими характеристиками, марганцево-цинковый солевой элемент используется в очень широких масштабах. В современных химических источниках тока используются: в качестве восстановителя (на аноде) - свинец, кадмий, цинк и другие металлы; в качестве окислителя (на катоде) - оксид свинца, гидроксооксид никеля, оксид марганца и другие; в качестве электролита - растворы щелочей, кислот или солей[6]3. 1 Журнал «Наука и жизнь», №10 2004г. 2 Кикоин А.К., Кикоин И.К. Электродинамика. М.: Наука 1976. 3 Кирилова И. Г. Книга для чтения по физике.- Москва: Просвещение 1986.

б) Устройство батарейки

Современные гальванические элементы внешне имеют мало общего с устройством, созданным Алессандро Вольта, но основа неизменна. Батарейки производят и сохраняют электричество. Внутри сухого элемента, питающего прибор, есть три главные части. Это отрицательный электрод (-), положительный электрод (+) и находящийся между ними электролит, представляющий собой смесь химических веществ. Химические реакции заставляют электроны течь от отрицательного электрода через прибор, а затем назад, к положительному электроду. Благодаря этому прибор и работает. По мере того как химикалии расходуются, батарейка садится[3;7]1.

Корпус батарейки, который делают из цинка, снаружи может быть покрыт картоном или пластиком. Внутри корпуса находятся химикалии в виде пасты, а у некоторых батареек посредине есть угольный стержень. Если мощность батарейки падает, это значит, что химикалии израсходованы, и батарейка больше не в состоянии производить электричество.

Перезарядка таких батарей невозможна или очень нерациональна (к примеру, для зарядки некоторых типов батарей придется потратить в десятки раз больше энергии, чем они могут сохранить, а другие виды могут накопить только малую часть своего первоначального заряда). После этого батарею останется только выкинуть в мусорный ящик

Большинство современных аккумуляторных батарей были разработаны уже в 20-ом веке в лабораториях крупных компаний или университетов[1]3.

1 Журнал «Наука и жизнь», №11 2005г. 1 Пёрышкин А.В. «Физика -8». Учебник для общеобразовательных учебных 3 Гулиа Н.В. Удивительная физика. Москва: «Издательство НЦ ЭНАС», 2005заведений. «Дрофа», 2008

2. Результаты эксперимента а) Измерение величины электрического напряжения в овощах и фруктах

В данной работе, во-первых, была доказана гипотеза о возможности получения альтернативных источников питания, в частности из фруктов и овощей, во-вторых, исследована одна из характеристик электрического тока - электрическое напряжение. Ученые утверждают, что если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи лимонов. Ведь в любом фрукте и овоще есть электричество, поскольку они заряжают нас, людей, энергией при их употреблении. Большинство фруктов содержит в своем составе слабые растворы кислот. Именно поэтому их можно легко превратить в простейший гальванический элемент. В самодельном гальваническом элементе цинковая пластина действует как отрицательный электрод, а медная проволочка - как положительный. Электролитом (жидкость проводящая ток) является сок фруктов и овощей. Прежде всего, необходимо зачистить медный и цинковый электроды с помощью наждачной бумаги. А теперь достаточно их вставить в овощ или фрукт и получается «батарейка». Электроды располагали на одинаковом расстоянии друг от друга -5 см. Результаты эксперимента представлены в таблице.

Основа батарейки

Напряжение на электродах, В

Лимон

0,6

Апельсин

0,5

Яблоко

0,6

Мандарин

0,4

Банан

0,4

Груша

0,6

Лук

0,7

Картофель

0,6

Варёный картофель

0,8

Солёный огурец

0,8

Зелёная редька

0,6

Свёкла

0,7

Диаграмма №1 А) Величина напряжения во фруктах

Вывод: напряжение между электродами не одинаковое. Среди фруктов самой лучшей батарейкой оказались лимон, яблоко, зелёная груша и апельсин. Мандарин и банан тоже имеют достаточно высокое напряжение. Яблоко было красное. Расстояние, на котором располагали электроды, было одинаково.

Б) Величина напряжения в овощах

Вывод: напряжение между электродами также не одинаковое. В результате измерений оказалось, что варёный картофель и солёный огурец дают самое высокое напряжение. Достаточно высокое напряжение у лука и свёклы. Самым же неожиданным оказалось, что обычная картошка тоже дает достаточно высокое напряжение. А если использовать не сырой, а вареный картофель, то величина напряжения увеличивается на 0,2 В.

б) Определение зависимости напряжения от размеров исследуемых тел Чтобы выяснить существует ли такая зависимость, измерения проводились для доказательства на двух видах «съедобных» батареек. В нижеследующей таблице приведены результаты.

Основа батарейки

Напряжение на электродах, В

Солёный огурец большой

Солёный огурец маленький

0,8

0,8

Картофель большой

Картофель маленький

0,6

0,6

Диаграмма №2 Определение зависимости напряжения от размеров исследуемых тел

Вывод: величина напряжения между электродами, создаваемого исследуемым овощем, не зависит от их размеров, а определяется наличием в них растворов минеральных солей. При этом условие: одинаковость расстояния между электродами сохранялась.

в) Влияние расстояния между электродами на величину электрического напряжения Чтобы исследовать, как влияет расстояния между электродами на величину электрического напряжения, был взят вареный картофель, у которого измеряли данную величину, изменяя расстояние между анодом и катодом.

Расстояние между электродами, см

Напряжение между электродами, В

1

0,6

2,5

0,7

3,5

0,7

5

0,8

Диаграмма №3 Влияние расстояния между электродами на величину электрического напряжения.

Вывод: напряжение между электродами растёт с увеличением расстояния между ними.

г) Влияние времени работы «съедобных» батареек на напряжение Наблюдали за нашими «вкусными» батарейками мы в течение некоторого времени. Результаты измеренного напряжения занесли в таблицу:

Основа

батарейки

Напряжение, В

В 1 день

Через 5 дней

Через 10 дней

Лимон

0,6

0,14 В

0,08 В

Лук

0,7

0,1 В

0,08 В

Яблоко

0,6

0,08 В

0,06 В

Картофель

0,6

0,2 В

0,1 В

Вареный картофель

0,6

0,6 В

0,4 В

Диаграмма №4

Вывод: постепенно напряжение на всех «вкусных» батарейках уменьшается. Лучше всего его сохраняет варёный картофель. На самую большую величину напряжение уменьшилось у яблока и лука. Вероятно из-за того, что в этих фруктах быстрее происходит процесс окисления после их повреждения.

Заключение

Эксперимент по созданию источника электрического тока удался. Намеченная цель: получить электрический ток из фруктов и овощей и исследовать величину электрического тока - электрическое напряжение, достигнута.

Результаты следующие: 1. Познакомились с устройством батарейки и его изобретателями. 2.Узнали, какие процессы протекают внутри батарейки. 3. Изготовили овощные и фруктовые батарейки. 4.Научились определять напряжение внутри «вкусной» батарейки. Анализ и обобщение экспериментальных данных показали, что наиболее перспективным в данном случае продуктом, который может быть использован в качестве гальванического элемента, явился солёный огурец . Данный факт объясняется тем, что в солёном огурце присутствует водный раствор поваренной соли достаточно высокой концентрации, который вместе с электродами из разнородных металлов, обладающих хорошей электропроводностью, создаёт превосходный гальванический элемент. 5. Величина напряжения между электродами, создаваемого исследуемыми овощами (картофелем и солёным огурцом), не зависит от их размеров, а определяется наличием в них растворов минеральных солей. 6. Заметили, что напряжение между разнородными электродами растёт с увеличением расстояния между ними. 7. Убедились, что электрические свойства фруктов и овощей с течением времени ухудшаются. Проведя эксперименты, мы, с одной стороны, убедились в том, что даже привычные нам предметы питания, могут выступать в необычной роли. С другой стороны, мы убедились в выполнении законов физики.

Данная тема интересна и доступна для изучения и других закономерностей. В связи с этим наметили перспективы:

1.Провести подобные исследования другой характеристики электрического тока - силы тока.

2.Исследовать батарею из двух, трех, четырех, например, картофелин или группы овощей, предварительно увеличив расстояние между электродами до максимума.

3. Исследовать изменение силы тока и напряжения, соединяя фрукты и овощи в батарею последовательно и параллельно.

3. Изучить подробнее вопрос практического использования фруктов и овощей для получения электричества.

Известно, что в Индии создали батарейку на пасте из фруктов и овощей.

В Австралии в 2003 году запущена электросиловая установка на ореховой скорлупе.

Возможно, и мы создадим хотя бы временный источник освещения, например, в подполе, используя банку с соленьями: огурцами, помидорами, либо группу картофелин.

Литература

1. Гулиа Н.В. Удивительная физика. Москва: «Издательство НЦ ЭНАС», 2005. 2. Журнал «Наука и жизнь», №10 2004г. 3. Журнал «Наука и жизнь», №11 2005г. 4. Кабардин О.Ф. Справочные материалы по физике. Москва. Просвещение, 1985. 5. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Электродинамика. М.: Наука 1976. 6. Кирилова И. Г. Книга для чтения по физике.- Москва: Просвещение 1986. 7. Пёрышкин А.В. «Физика -8». Учебник для общеобразовательных учебных заведений. «Дрофа», Москва,2008. 8.Энциклопедический словарь юного техника. Москва. Педагогика, 1980. 9. Энциклопедический словарь юного физика. Москва. Педагогика, 1991г

Приложени№1

Юные исследователи: Нацаренус Максим и Мизиряк Роман учащиеся 8 класса МКОУ «Комсомольская СОШ».

Приложение №2 Измерение напряжения на груше и солёном огурце.