Работу выполнила: Хисамиева Гузель Альфредовна ученица 8 класса МОУ СОШ с. Байлянгар Научный руководитель: учитель физики Хисамиев А.М.

В настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на энергоносители, в том числе и на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет актуальное значение. Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии. В данной работе мною была осуществлена попытка поиска источников электрического тока в сельхозпродуктах, а именно в отдельных видах овощей и фруктов. Перспективы использования овощей, фруктов, биологических отходов для получения электрического тока и создание «био батареи» актуальны на сегодняшний день.

Исследование создания источников электрического тока из фруктов и овощей Ознакомиться с основными видами источников электрического тока Выяснить, что такое электрический ток Изучить получение электрического тока Создать свои источники тока из фруктов и овощей

Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника. Существуют различные виды источников тока: Механический источник тока - механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы. Тепловой источник тока - внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию. Например, термоэлемент - две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение. Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока - энергия света преобразуется в электрическую энергию. Например, фотоэлемент - при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи. Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах. Химический источник тока - в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую. Например, гальванический элемент - в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень - положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд - отрицательным электродом. Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею. Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Аккумуляторы - в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.

Что такое электрический ток? Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в этом проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникает электрический ток. Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо всё это время поддерживать в нём электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создаётся и может длительное время поддерживаться источником электрического тока. Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определённом направлении, возникает электрический ток. В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую.

Вольтов столб Вольта и его теория "контактного электричества" Вольтов столб был создан итальянским ученым А. Вольта в 1799 г. Изучая опыты итальянского анатома Л. Гальвани, обнаружившего сокращение мышц препарированной лягушки при соприкосновении их и вскрытого нерва с двумя разнородными металлами и объяснявшего это явление действием особого, присущего животному организму так называемого «животного» электричества, Вольта пришел к другому выводу. Отвергая идею «животного» электричества, Вольта утверждал, что лягушка в опытах Гальвани «есть чувствительнейший электрометр», а источником электричества является контакт двух разнородных металлов. Эти соображения и были положены Вольта в основу его теории «контактного электричества». Однако многочисленные эксперименты убедили Вольта в том, что простого контакта металлов недостаточно для получения сколько-нибудь заметного тока; выяснилось, что непрерывный электрический ток может возникнуть лишь в замкнутой цепи, составленной из различных проводников: металлов (которые он называл проводниками первого класса) и жидкостей (названных им проводниками второго класса). В 1799 году после многочисленных экспериментов Вольта изобрел источник тока, названный впоследствии «Вольтов столб». Он состоял из нескольких десятков цинковых и медных кружочков, переложенных смоченными в растворе поваренной соли картонными кружочками.

Среди разнообразных конструкций вольтова столба особенного внимания заслуживает гальваническая батарея, построенная в 1802 г. В. В. Петровым. Изучив труды своих предшественников в области электричества, Петров пришел к логичному выводу о том, что более полное и всестороннее изучение явлений электрического тока возможно при наличии крупных гальванических батарей, действия которых будут более интенсивными и легче наблюдаемыми. В то время как распространенные за рубежом гальванические батареи состояли из нескольких десятков или сотен пластин, Петров построил батарею, состоявшую из 4200 медных и цинковых пластин, или 2100 медно-цинковых элементов, соединенных последовательно. Эта батарея располагалась в большом деревянном ящике, разделенном по длине на четыре отделений; для изоляции пластин стенки ящика и разделяющих перегородок были покрыты сургучным лаком. Общая длина батареи составляла 12 м - это был уникальный для своего времени источник электрического тока. Как показали современные эксперименты с моделью батареи Петрова, э. д. с. ее составляла около В, а максимальная полезная мощность 6085 Вт. Именно благодаря применению источника тока высокого напряжения Петрову в 1802 г. впервые удалось наблюдать явление электрической дуги. Современник Вольта французский ученый Д. А. Араго считал вольтов столб "самым замечательным прибором, когда- либо изобретенным людьми, не исключая телескопа и паровой машины".

С целью доказательства гипотезы о том, что различные фрукты и овощи могут служить источниками электричества, мною было проделано несколько экспериментов. Для этого я использовал электрическую цепь, состоящую из гальванометра или мультиметра (прибора измеряющего электрический ток и напряжение), медного, цинкового, алюминиевого и стального электродов и соединительных медных проводов, а также были использованы фрукты: яблоко и лимон, и овощи: картофель, огурец свежий, огурец солёный, морковь, свёклу и репчатый лук.

В первом эксперименте мною были произведены измерения электрического тока в некоторых овощах и фруктах. К концу одного из проводов, соединённого с минусовой клеммой гальванометра, я присоединила цинковый электрод, а к концу другого, соединённого с плюсовой клеммой гальванометра, я присоединила стальной электрод. При погружении двух электродов в исследуемый фрукт или овощ стрелка гальванометра начинает отклоняться, показывая тем самым наличие в цепи электрического тока. Данные измерения электрического тока в импровизированных гальванических элементах представлены в таблице Наименование исследуемого продукта Значение силы тока, (мА) цинк-сталь медь- цинк медь- алюминий 1. Лимон 0,380,50,45 2. Картофель 0,710,88 3. Огурец солёный 1,82,12 4. Огурец свежий 0,350,40,3 5. Яблоко 0,170,40,35 6. Лук репчатый 0,170,30,24 7. Свёкла 0,160,420,4 8. Морковь 0,170,240,2

Данное явление объясняется тем, что растворы минеральных солей, содержащихся в овощах и фруктах, и электроды из разнородных металлов образуют гальванический элемент. Из приведённой таблицы видно, что наибольшая величина электрического тока (2,1 миллиампера) наблюдается в солёном огурце. Это объясняется тем, что в солёном огурце присутствует в большом количестве раствор поваренной соли NaCl, который сам является очень хорошим проводником. Затем, по мере убывания значения силы тока идёт картофель (1,0 миллиампера) и лимон (0,5 миллиампера).

Эксперименты с картофелями Сначала мы использовали полоски цинка и меди, глубоко погруженные в овощ. При помощи мультиметра мы получили значение напряжения 0,75 В и силу тока 0,9 мА. Далее мы попробовали соединить овощи последовательно. (рис. 1) Из двух картофелей мы получили 1,5 В и 0,9 мА. Напряжение удвоилось, а ток остался неизменным. Значит при последовательном соединении сила тока постоянная. I = I 1 = I 2 U = U 1 + U 2 Потом мы попробовали параллельное соединение. (рис. 2) Две картофельные батарейки соединили параллельно. Два медных электрода соединены друг с другом красным проводом, а затем подключены к мультиметру. Два цинковых электрода соединяет между собой синий провод, они также подключены к мультиметру. Из двух картфелей мы получили 0,85 В и 1,8 мА. Напряжение осталось почти таким же, а ток удвоился. U = U 1 = U 2 I = I 1 + I 2 По результатам двух соединений мы составили смешанное соединение. (рис. 3) Результаты оправдали надежды, напряжение и сила тока удвоились. Из четырех картофелей мы получили напряжение 1,5В и сила тока 1,8 мА. Рис.1 Рис.2 Рис.3

Как работает лимонная батарейка? Когда цинковая пластинка контактирует с лимонной кислотой, начинаются две химические реакции. Одна реакция - окисление: кислота начинает забирать атомы цинка с поверхности пластинки. Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая атому положительный заряд +2. Другая реакция - восстановление, в ней задействованы положительно заряженные атомы водорода - ионы водорода в лимонной кислоте около пластинки. Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием водорода, который можно увидеть в виде пузырьков около пластинки. Ионы водорода называют окислителями, потому что они отнимают электроны цинка. Обе реакции продолжаются до тех пор, пока цинковый лист находится в лимоне, и на нем остается цинк. Реакция не зависит от присутствия меди или другого вещества. Важно понять, что электроны, испускаемые цинком, принимаются ионами водорода кислоты. Медная пластинка - тоже окислитель. В действительности, она даже больший окислитель, чем ионы водорода в лимонной кислоте. То есть медь может притягивать многие свободные электроны, испускаемые цинком. Когда между электродами устанавливается электрическая связь, то медь притягивает электроны из листа и возвращает их через цепь. Когда в цепи есть светодиод, то электрический ток вызывает его свечение. Напряжение лимонной батарейки вызывается разницей между способностью цинка и меди отдавать электроны. Электрический ток, выдаваемый батарейкой, зависит от количества электронов, спускаемых химической реакцией.

Дальше я задалась вопросом: «А что будет, если я составлю целую батарею из импровизированных элементов питания (например, из солёного огурца, картофеля и лимона)? Будет ли при этом гальванометр показывать величину тока, равную сумме значений тока, который вырабатывается солёным огурцом, картофелем и лимоном в отдельности?». Для этой цели я соединила последовательно друг с другом солёный огурец, картофель и лимон, и подключила их к клеммам гальванометра. При этом стрелка гальванометра, не значительно отклонившись от нулевого деления, показала всего лишь 0,2 миллиампера. Если учесть, что величина тока, создаваемого одним солёным огурцом, была 2,1 мА, то можно сделать предположение, что последовательно соединённые с ним картофель и лимон как бы тормозят прохождение электрического тока, тем самым, уменьшая его в 10 раз. Потом я измерила напряжение и силу тока в рассоле огурца и в томатном соке. Они превзошли все ожидания. В маленьком сосуде можно создать «биобатарею», которая может зажечь светодиод. При последовательном соединении «биобатареек» можно добиться желаемого напряжения.

Заключение При производстве источников питания для несложной бытовой техники с низким потреблением энергии, можно использовать фрукты, овощи и отходы от них. Внутри необычных батареек - паста из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей-фруктов и электроды из цинка и меди. Одновременное действие несколько таких батареек позволяет запустить стенные часы, пользоваться электронной игрой и карманным калькулятором. Такие батареи могут использовать жители сельских районов страны, которые могут сами загатавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки биобатареек. Использованный состав батареек не загрязняет окружающую среду, как гальванические (химические) элементы, и не требует отдельной утилизации в отведенных местах.