Научно-исследовательский проект "Фруктовая батарейка"

Гимназия №1 им. А.Н.Барсукова

Исследовательская работа

на тему

«Фруктовая и овощная батарейка»

Автор: Черный Михаил Сергеевич, 1 «Б» класс

Научный руководитель: Рыжова Екатерина Михайловна

г.Ковров, 2018г.

I. Введение

Мне очень интересна природа электрического тока. Как появляется электричество и что это такое? Поэтому я решил исследовать данный вопрос. Я провел множество экспериментов с конструктором «Знаток». Благодаря чему узнал что такое электрическая цепь, как собрать разные рабочие схемы. В процессе сборки я увидел, что везде требуется батарейка. В итоге их пришлось покупать много раз!

Но больше всего меня заинтересовала природа батарейки. Как она работает? Можно ли ее заменить чем-то более безвредным для нашей природы?

В одной из познавательных передач Галилео я увидел опыт по получению электричества при помощи фруктов. Про похожий эксперимент я читал также в энциклопедии «1000 экспериментов».

И тогда я подумал, а получится ли у меня повторить его? Смогу ли я не только наглядно повторить эксперимент, но разобраться в самой природе тока и батарейки?

Мне захотелось узнать как можно больше о необычных свойствах фруктов.

Цель моего исследования:

Создание фруктовой батарейки.

Задачи исследования:

1. Ознакомиться с принципом работы батарейки.

2. Экспериментально замерить напряжение и ток в различных овощах и фруктах.

3. Сравнить напряжение и силу тока в различных овощах/фруктах.

4. На основе полученных знаний провести эксперимент по созданию фруктовой батарейки.

Предмет исследования: электрический ток.

Объект исследования: фруктовые батарейки.

Гипотезы:

1. Являются ли фрукты источником электрического тока?

2. Действительно ли, что разные овощи и фрукты дают разный по силе электрический ток?

3. Можно ли при помощи батарейки из фруктов и овощей зажечь лампочку?

II. Основная часть.

1. Как работает батарейка.

(«+»)

(«-»)
(рис.1)

Для начала разберёмся, что такое электрический ток. Электрический ток — это движение электрически заряженных частиц. Я решил узнать, как устроена обычная батарейка. Батарейку сам я не разбирал, воспользовался энциклопедией (рис.1). Любая батарейка или аккумулятор – это две металлические пластины, помещенные в специальное химическое вещество – электролит. Одна пластина подключена к выводу «+», другая – к выводу «-».

Батарейка – это удобное хранилище электричества, которое может быть использовано для обеспечения энергией переносных устройств. Некоторые батарейки предназначены для одноразового использования, другие можно перезаряжать. Батарейки бывают разнообразной формы и размеров. Некоторые – маленькие, как таблетка. Некоторые – величиной с холодильник. Но все они работают по одному принципу. В них создается электрический заряд в результате реакции между двумя химическими веществами, в ходе которой электроны передаются от одного из них другому.

В качестве электродов используется цинк (оцинкованная пластинка) и медь (медная проволочка), а электролит – раствор солей и кислот. Два металла погружённые в раствор вступают в химическую реакцию, в ходе которой вырабатывается электрический ток.

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 (рис.2).

(рис.2)

Изучив различную литературу, я узнал, что изобретенная 200 лет назад самая первая батарейка работала  именно на основе фруктового сока.

Алессандро Вольта в 1800 году сделал открытие, собрав нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком.

Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает разность потенциала. 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, в ходе решения первой задачи, я изучил принцип работы батарейки.

Кроме того, я провел анкетирование среди учеников моей школы. Я задал учащимся 2 вопроса.

Вопрос 1 – вредны ли батарейки для окружающей среды?

Результаты представлены на диаграмме:

Большая часть учащихся считает батарейку вредной для окружающей среды. И это верно – батарейка содержит токсичные вещества, которые загрязняют почву. Именно поэтому батарейки можно накапливать и сдавать в специальные перерабатывающие пункты (рис.3).

(рис.3)

Второй вопрос, который я задал учащимся – это можно ли получить электрический ток с помощью овощей или фруктов? Результаты представлены на диаграмме:

Вопрос 2 – можно ли получить электрический ток с помощью фруктов?

Большинство учащихся считает, что получить электричество при помощи фруктового сока невозможно.

Эксперимент по получению тока из овощей и фруктов и созданию природной батарейки я провел во второй части работы.

2. Эксперимент по измерению тока в овощах и фруктах.

Для решения второй поставленной задачи необходимо для начала провести измерение напряжения в различных овощах и фруктах.

Проведем эксперимент.

Для этого мне понадобился мультиметр (рис.4) – прибор для измерения силы тока и напряжения

(рис.4)

Ход эксперимента:

Мною, при помощи мультиметра, были сделаны поочередно (рис.5) замеры напряжения в:

1. картофеле,

2. яблоке,

3. лимоне,

4. луке репчатом.

(рис.5)

При подсоединении контактов мультиметра к данным овощам и фруктам, фиксируется напряжение (рис.6,7). А это значит, что лимон, картофель, лук и яблоки дают электричество!

(рис.6)

(рис.7)

Итак, гипотеза 1 подтвердилась – фрукты и овощи действительно являются источниками электрического тока. Содержащаяся в них кислота является электролитом и способна вызывать химическую реакцию, в ходе которой вырабатывается электрический ток.

Результаты различных измерений напряжения я занес в таблицу:

Сравнив напряжение, полученное в ходе эксперимента от картофеля, яблока лимона и лука, я пришел к выводу, что разные фрукты и овощи дают разный по силе электрический ток. Больший по силе ток дает лук, а не лимон как можно было бы подумать (рис.8)!

(рис.8)

Я сравнил средние значения кислотности фруктов/овощей с напряжением, полученным в ходе эксперимента и пришел к выводу, что чем больше среднее значение кислотности, тем выше полученное в ходе эксперимента напряжение. Самая высокая кислотность у лука репчатого. И у него же зафиксировано самое высокое напряжение. Таким образом, сила тока, которую дают овощи/фрукты напрямую зависит от их кислотности.

Итак, гипотеза 2 также подтвердилась экспериментально. Разные овощи и фрукты дают различный по силе электрический ток!

3. Эксперимент по созданию фруктовой батарейки.

На основе полученных знаний и проведенных экспериментов, я могу создать настоящую природную батарейку!

Д ля этого мне потребовались (рис.9):

1. Маленькая светодиодная лампочка

1. Фрукты и овощи (естественный электролит)

1. Оцинкованные гвозди

1. Медная проволочка

(рис.9)

Ход эксперимента:

Мною с помощью папы, были сделаны поочередно гальванические элементы (рис.10-11) из овощей и фруктов: в каждый овощ и фрукт с одной стороны я крепил оцинкованный гвоздь. Это был минусовой контакт батарейки. С другой стороны закреплял медную проволоку (это был плюсовой контакт батарейки).

(рис.10)

(рис.11)

Когда все элементы были собраны, мы собрали их в последовательную цепь и подсоединили светодиод.

При замыкании цепи, мой светодиод начинает светиться (рис.12)!

Гипотеза 3 также подтвердилась! Из овощей и фруктов можно создать батарейку и зажечь небольшую лампочку!

(рис.12)

Из проделанной работы я могу сделать следующие выводы:

1. Фрукты действительно могут служить источником электричества.

2. Разные овощи и фрукты дают разный по силе электрический ток. Это зависит от кислотности фруктов/овощей.

3. Из фруктов и овощей действительно можно собрать природную батарейку.

lll. Заключение.

Работа, которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на интересовавшие меня вопросы.

Я учился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы, сравнивать полученные в ходе экспериментов результаты. Я научился определять напряжение  внутри «фруктовой» батарейки и силу тока создаваемую ею, пользоваться прибором по измерению тока. 

Мне очень понравилось ставить эксперименты самому. Оценивать получившийся результат!

Практическое применение:

В мире известны случаи применения таких источников питания. В Индии создали батарейку на пасте из фруктов и овощей. В Австралии в 2003 голу была запущена электросиловая установка на ореховой скорлупе. Известная японская компания «Sony» изобрела батарейку на основе фруктового сока.

Я верю, что ученые смогут сделать доступной и удобной для человека природную батарейку, неопасную для окружающей среды.

lV. Список литературы.

1. В.Н. Витер «Фруктовая батарейка». Журнал «Химия и химики» №8, 2009г., стр. 134-137

2. Большая книга "Почему" / пер.с итальянского О.Живаго - М, 2012

3. Моя первая энциклопедия / пер. с англ. В.А.Жукова, Ю.Н.Касаткиной, Д.С.Щигеля - М, 2010

4. Электронный конструктор "Знаток", Бахметьев А.А. - М, 2005

5. Журнал. «Галилео» Наука опытным путем № 3/ 2011 г. «Лимонная батарейка»

Интернет источники:

1. http://digit.ru/technology/20100707/252798803.html

2. http://nepropadu.ru/blog/Masterskaia/4748.html

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Батарейка

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_ток