Тема: «Альтернативные источники энергии

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
гимназия № 18
Тема: «Альтернативные источники энергии –
продуктовые батарейки»
Секция:естествознание
Кудрявцев Максим Ярославович
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
гимназия № 18
2 класс
Научный руководитель:
Бабайлова Елена Владимировна
учитель начальных классов
г. Нижний Тагил, 2014/2015 учебный год
Оглавление
Введение
3
Глава 1.
1.1.Источники энергии
5
1.2.Устройство и принцип работы батарейки
6
Глава 2.
2.1. Наличие электрического тока в различных продуктах
7
2.2. Самодельная батарейка – источник энергии
10
2.3. Использование продуктов питания как альтернативный источник энергии
13
Заключение
15
Список использованных источников
16
Аннотация
В
работе
рассматривается
возможность
использования
продуктов
питания
как
альтернативных источников энергии. В результате экспериментов было создано
самодельное устройство из картофеля для подзарядки сотового телефона, но был сделан
вывод о том, что оно экономически невыгодно. Однако, на практике доказано, что наши
продукты хранят удивительные секреты – являются источниками энергии для приборов с
малым потреблением энергии.
2
Введение.
Однажды Винтик и Шпунтик никому ничего не сказали, закрылись у себя в
мастерской и стали что-то мастерить. Целый месяц они пилили,
строгали, клепали, паяли и никому ничего не показывали, а когда месяц
прошел, т ооказалось, что они сделали автомобиль. Этот автомобиль
работал на газированной воде с сиропом.
Н. Носов «Приключения Незнайки и его друзей»
Однажды мне в руки попала замечательная книга Н. Носова
«Приключения Незнайки и его друзей». Особенно запомнилась глава, в
которой рассказывалось об изобретении автомобиля, двигающегося с
помощью газированной воды.
писателя основывалась
продукты
хранят
существующих
на научных фактах? А фрукты, овощи и другие
свои
сегодня
Я задумался: возможно ли, что выдумка
секреты
и
источников
способны
энергии?
стать
Ведь
заменителями
когда
–
то
и
электромобиль казался фантастикой! И я решил провести собственное
исследование.
Цель изучить возможность применения овощей и фруктов в качестве
источников электрической энергии.
Перед собой я поставил следующие задачи:
1. Изучить устройство и принцип действия обычной батарейки;
2.
Экспериментально проверить возможность возникновения
электрического тока в овощах и фруктах;
3. Сконструировать самодельный источник энергии и проверить его
действие на практике;
4.
Привести экономические расчеты о целесообразности
использования альтернативных источников энергии («съедобных батареек»)
Объект исследования: фрукты и овощи
Предмет исследования: процесс возникновения электрического тока в
данных продуктах питания.
3
В работе были использованы теоретические методы исследования:
изучение литературы, сравнение, обобщение, а также эмпирические:
наблюдение, эксперимент.
Практическая значимость данной работы заключается в возможности
использования продуктовых батареек в быту (например, для подзарядки
сотовых
телефонов
или
в
качестве
подсветки
при
отсутствии
электроэнергии), а также рассматривается теоретическая возможность
использования продуктов питания в качестве биологического и безопасного
источника энергии.
4
Глава 1
1.1.
Источники энергии
В научно – техническом энциклопедическом словаре источники энергии
определяются так: «ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, встречающиеся в природе
вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую
для существования энергию. Энергия, которую дают почти все эти
источники, поступает целиком от Солнца. Ископаемые топлива - уголь,
нефть и газ - являются остатками органической жизни, в свое время
существовавшей за счет солнечной энергии. Поскольку круговорот воды в
природе
обеспечивается
также
солнечной
энергией,
то
и
гидроэлектростанции тоже связаны с нею. Сила ветра, которая создается за
счет неравномерности нагрева разных участков атмосферы, опять же
определяется Солнцем. Движение волн и приливов зависит от тепловой
энергии Солнца и от колебаний величины притяжения, вызванных
движением Солнца и Луны. Эти колебания океана также можно использовать
для получения электричества. И мы используем солнечную энергию
напрямую, например, для нагрева воды в домашних условиях или для
получения электричества от фотоэлектрических элементов. Источником
геотермальной энергии является тепло, поступающее от раскаленных пород в
глубинах Земли. Другим важным источником энергии - на этот раз ядерной являются радиоактивные металлы, такие как уран, плутоний и торий».
В настоящее время главными из них являются нефть и газ. Однако, с
увеличением количества людей, населяющих нашу планету, запасы
ископаемых источников энергии постоянно уменьшаются. Кроме этого,
существует и экологическая опасность использования этих видов топлива:
при сжигании образуются газы, создающие парниковый эффект. Поэтому
человек постоянно ищет им замену: возобновляемые и безопасные
источники энергии - вода, Солнце, ветер. [1]
5
Однако, есть источники энергии, которые всегда рядом с нами. Оглянемся
вокруг: телефоны, ноутбуки, часы и многое другое работает с помощью
обычных батареек.
1.2.
Батарейка
Устройство и принцип работы батарейки.
–
это
удобное
хранилище
электричества,
которое
используется как источник энергии для переносных устройств. Сегодня
существует много видов батареек с различным устройством и разными
свойствами: солевые, щелочные, ртутные, серебряные, литиевые. Также
батарейки могут повторно заряжаться, они называются аккумуляторы.
Общий принцип устройства батареек следующий:
1) в специальный раствор или порошок (электролит) помещены два
кусочка металла (два электрода);
2) При соединении этих электродов с помощью провода частички
одного металла (электроны) «переходят» к другому металлу.
Возникает движение электронов одного металла по проводу к
другому металлу, т.е. электрический ток.
3) Электрод, от которого уходят электроны, называется анодом, на нём
протекает процесс окисления, называется анодом;
4) Электрод, который притягивает электроны, называется катодом; на
нём осуществляется процесс восстановления;
5) Процесс перехода электронов одного металла к другому
называется окислительно-восстановительной реакцией.
6) Когда все частички перейдут от одного металла к другому, батарейка
перестанет работать.
Принцип его работы показан на рисунке.
6
Провод, по которому
проходит
электрический ток.
Цинковая
пластина,
анод
Медная
пластин
а, катод
Электролит
(сульфатный
раствор
меди)
Электролит
(сульфатный
раствор
цинка)
Рис.1 Медно-цинковый гальванический элемент
Цинковый электрод является анодом; медный электрод - катодом.
Анод и катод находятся в отдельных банках, в банки налиты электролиты
химические растворы – сульфатные растворы цинка и меди. При соединении
электрода из цинка с электродом из меди электроны цинка по проводу
переходят к меди, происходит перемещение цинка в медь, т.е окислительновосстановительная реакция. Анод (цинковый электрод) окисляется, т.е.
отдаёт свои электроны, а катод (медный электрод) восстанавливается
(притягивает к себе электроны цинка). В результате возникает электрический
ток (движение электронов) [2]
Глава 2
2.1. Наличие электрического тока в различных продуктах
Ученые утверждают, что если в вашем доме отключат электричество,
то подзарядить сотовый телефон или соорудить подсветку можно с помощью
любых продуктов. Так ли это на самом деле? Проверим наличие
электрического тока в различных продуктах. Сможет ли «вкусная батарейка»
заменить обычную? Сок фруктов и овощей уже содержит некоторое
количество растворенных электролитов - соли и органические кислоты.
Овощи и фрукты также обеспечивают организм человека электролитами.
7
Одним из самых важных показателей качества батарейки является
напряжение. Чем больше эта величина, тем большую работу может сделать
батарейка, тем более мощный прибор можно к ней подключить. Единица
измерения напряжения – вольт (V). На обычной пальчиковой батарейке
указано напряжение 1,5 V. Проверим, какие фрукты, овощи и другие
продукты могут сравниться с обычной батарейкой. Для проведения
эксперимента будем использовать прибор, который называется мультиметр.
С его помощью мы будем измерять напряжение, которое возникает, когда мы
используем вместо батарейки разные
продукты.
Сначала
напряжение
мы
измерили
обычной
пальчиковой
батарейки – 1,5 V.
Затем
стали
используя
измерять
напряжение,
различные
продукты
(Таблица 1)
Рис. 2
Результаты измерения напряжения в различных продуктах
Таблица 1
Помидоры
Кабачок
Морковь
Цветная капуста
8
Репа
Сыр
Пресная вода
Соленая вода
Измерив напряжение, проверим, будут ли работать часы, если вместо
пальчиковой батарейки использовать продукты питания.
Результаты измерения напряжения и работы часов представлены в
таблице 2
Таблица 2.
Название продукта
Простая вода
Цветная капуста
Морковь
Репа
Кабачок
Картошка
Сыр
Батарейка
Соленая вода
Помидор
Вода с лимонной кислотой
Напряжение (V)
0,89
1,08
1,09
1,12
1,14
1,23
1,24
1,5
1,52
1,64
1,83
Работают часы или нет.
Работают
Работают
Работают
Работают
Работают
Работают
Работают
Работают
Работают
Работают
Работают
В результате эксперимента было доказано, что некоторые продукты
(вода, морковь, картофель и др.) уступают по мощности обычной
9
пальчиковой батарейке. Однако, продукты, имеющие кислый или соленый
вкус, наоборот, ее превосходят. В чем причина?
Оказывается, важным условием работы «съедобной батарейки»
является наличие ионов водорода. Именно они придают раствору кислый
вкус. Ионы водорода можно представить в виде крохотных электростанций.
Чем их больше, тем кислее продукт и тем больше источник энергии.
Рис. 3
Рис. 4
2.2. Самодельная батарейка – источник энергии.
Убедившись в наличии электрического тока в различных продуктах
питания, я решил провести еще один опыт – сконструировать самодельный
источник питания для зарядки сотового телефона. В качестве батарейки мы
взяли картофель, наиболее распространенный и доступный продукт питания.
Рис. 5
Эксперимент будем проводить следующим образом: будем соединять
картофелины последовательно проводками с гвоздями, втыкая в одну
картофелину цинковый гвоздь одного провода и медный гвоздь другого
провода. Будем увеличивать количество картошек, пока не получим
необходимое напряжение. Также будем измерять и силу тока.
10
Таблица 3.
Соединяю
сначала
две
половинки
одну
половинку
картошки.
Измеряю напряжение.
Подсоединяю
ещё
картошки (всего 1,5 штуки)
Измеряю напряжение.
Измеряю силу тока.
Подсоединяю ещё одну картошку
(всего 2,5).
Измеряю напряжение.
И ещё одну картошку (всего 3,5).
Снова измеряю напряжение.
11
Измеряю силу тока.
Добавляю в цепь ещё одну половинку
картошки (всего 4) и измеряю напряжение.
Добавляю ещё одну картошку (всего 5) и
снова измеряем напряжение.
Теперь уже в цепи 6 целых картофелин.
Измеряем напряжение.
Когда мы создали батарею из девяти целых
картофелин, напряжение достигло нужных
3,7V.
Количество использованного картофеля 800 г
Расчет количества выработанной электрической энергиии
Время наблюдения
Сколько
прошло Сила тока
времени
Таблица 1.
Примерное количество
электричества, которое
мог
бы
получить
аккумулятор телефона.
10.00
0,05
15.00
5 часов
0,04
0,05 * 5 = 0,25
20.00
5 часов
0,03
0,04 * 5 = 0,20
12
Вывод: с течением времени сила тока в картофельной батарейке
снижается. Значит, чем дольше будет заряжаться аккумулятор телефона, тем
меньше энергии в час он будет получать. Созданная нами картофельная
батарея при напряжении 3,7V способна за 10 часов зарядить аккумулятор
только на 0,45 mAh (0,25+0,2=0,45).
Значит, чтобы все-таки зарядить аккумулятор телефона полностью за
10 часов нам потребуется много таких батарей. И картошки больше, чем у
нас есть в несколько раз. Во сколько?
Нам нужно ещё 2 223 таких картофельных батарей! Это очень много!
Сколько стоит зарядить телефон от картофельной батарейки?
Получается для того, чтобы зарядить телефон на 100% нужно
использовать 1 778 400 грамм, или 1 778,4 кг картофеля! (2223*800=1 778
400).
А если купить для этого картошку в магазине, то нужно будет только
на одну картошку потратить 1778,4*30=53 352 руб.
Кстати, электронные часы от набора «Картофельные часы» работали на
двух картошках несколько дней.
Вывод: заряжать аккумулятор телефона с помощью картофеля очень
невыгодно, потому что картофеля требуется очень большое количество. А
маломощное устройство (маленькие электронные часы) работать будут
достаточно долго.
2.3. Использование продуктов питания как альтернативных источников
энергии.
Недавно израильские ученые изобрели новый источник экологически
чистого электричества. В качестве источника энергии необычной батарейки
исследователи предложили использовать вареный картофель, так как
мощность устройства в этом случае по сравнению с сырым картофелем
увеличится в 10 раз. Такие необычные батареи способны работать несколько
дней и даже недель, а вырабатываемое ими электричество в 5-50 раз дешевле
13
получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, вшестеро
экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения.
Индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для
питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из
переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов,
в которой размещены электроды из цинка и меди. Новинка рассчитана,
прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами
заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных
батареек.
Однако, создание подобных источников энергии на сегодняшний день
экономически
невыгодно.
Чтобы
создать
«съедобную
батарейку»
необходимы большие временные и материальные затраты. Обычные
батарейки пока служат дольше, стоят дешевле, они гораздо надежнее. Но
наука не стоит на месте. [4,5]
14
Заключение.
В результате работы над проектом я узнал много интересного.
1. Наши овощи и фрукты хранят удивительные секреты - с их помощью
можно получать небольшое количество электрической энергии.
Особенно хорошо для этого подходят кислые и соленые продукты;
2. На сегодняшний день в бытовых условиях экономически невыгодно
использовать продукты питания в качестве источника энергии; однако,
возможно применение в экстремальных ситуациях;
3. Считаю, что
за продуктовыми батарейками будущее.
Человеку
необходимы экологически безопасные источники энергии.
4. Таким образом, считаю, что цель, поставленная в проектной работе,
достигнута.
15
Список использованных источников:
1) http://chemistry-chemists.com/Video/Fruit-battery.html
2) http://history-of-world.ru/pervaya-batarejka.html
3) http://istochnikm.ucoz.ru/publ/poleznoe/batarejki_chem_oni_otlichajutsja_i_kakie_byvajut/71-0-506
4) http://www.nnre.ru/fizika/fizicheskaja_himija_konspekt_lekcii/p11.php
5) http://www.your-health-diet-tips.com/ElectrolytesintheBodyRu.html
16
17