Исследовательская работа по теме_ _ Вкусная батарейка_ 5 класс. вкусная батарейка
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
Аннотация Тема: «вкусная батарейка». Наш дом – настоящая физическая лаборатория, в которой ребенок может быть активным наблюдателем, способным объяснить наблюдаемые им физические явления. В данной работе приведены материалы теоретического и экспериментального исследований электрических явлений, которые можно наблюдать в домашних условиях, возможности получения источников питания из фруктов и овощей. Цель работы: путем экспериментальной деятельности выяснить, действительно ли фрукты и овощи могут служить источником электрической энергии. Методы исследования: 1.Теоретический: изучение литературы и материалов сети Internet. 2.Экспериментальный: получение практических результатов исследования 10. 3. Аналитический, анализ полученных результатов. Разработанность проблемы: В данной работе использованы идеи других работ по теме, что позволяют более глубоко исследовать данный вопрос и сделать выводы: Компания Sоnу на научном конгрессе в США представила батарейку, работающую на фруктовом соке. Группа ученых из Великобритании создала компьютер, источником питания для которого является картошка.2 Индийские ученые работают над созданием необычных батареек. Внутри этих батареек должна быть паста из переработанных бананов и апельсиновых корок.4 В Австралии в 2003 голу была запущена электросиловая установка на ореховой скорлупе Полученные результаты: - овощи и фрукты могут служить источниками электрической энергии; - значения этих электрических величин у разных овощей и фруктов не одинаковые; - фруктово-овощные батарейки дают слабый ток; Краткие результаты и выводы: самый доступный и практичный продукт – картофель Оценка новизны работы: мною была исследована возможность получения источников питания из фруктов и овощей. Содержание1. Введение «Актуальность темы» ………………………………….……………………...3 Выводыпоглаве II 11 Выводы исследовательской работы: 12 Я понял, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически так должно быть, возможны провалы в экспериментах. Например, мне не удалось зажечь лампочку на 2,5 Вольта, но одна неудача не повод сдаваться и поэтому я буду пробовать еще и еще, пока не добьюсь того результата, который меня устроит. 13 Введение Тема работы и её актуальность: Однажды, читая в Интернете интересные факты, я наткнулся на одну историю. Там говорилось, что одному человеку пришло в голову взять 500 фунтов (226,8 кг) картофеля для выработки электричества, которого хватило, чтобы питать аудиосистему! Даже его соседям было слышно музыку! Мне показалось это очень интересным, и я решил узнать об этом больше. Я начал свои поиски информации на эту тему в различных источниках литературы и выяснил следующее. Оказывается, если в любой овощ или фрукт воткнуть два электрода различных металлов, то химическая реакция, происходящая между соком и металлами поспособствует появлению напряжению на электродах. Этот ток будет слишком мал, но если мы соберем батарейку из нескольких овощей или фруктов, то этот ток будет достаточным, чтобы маленькая лампочка загорелась. Вдали от цивилизации, когда находишься в экстренной ситуации, такая батарейка может пригодиться, с ее помощью возможно подзарядить мобильный телефон или фонарик. Таким образом я и выбрал тему для своего исследования. Батарейки, аккумуляторы, топливные элементы – содержат токсичные вещества. И сегодня актуален вопрос поиска биологических источников энергии. Овощи и фрукты содержат в себе слабые растворы кислот, поэтому их можно превратить в простейший источник электроэнергии - гальванический элемент. Объектом исследования является электрический ток в овощах и фруктах Тема «вкусные батарейки» и его продукт (батарейки из фруктов и овощей) имеют для меня особый интерес, я считаю, что выработка тока из органических элементов не полностью изучена. Я задумался: «А что же будет, когда все ресурсы на Земле закончатся, что делать дальше?» Поэтому я хочу доказать, что энергию можно получить не только из источников, которые нам сейчас известны, но ещё из фруктов и овощей! 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. Актуальность проблемы: на сегодняшний день одна из главных проблем экологии – утилизация гальванических элементов (овощные или фруктовые источники питания не требуют особой утилизации). Цель: путем экспериментальных исследований выяснить, действительно ли фрукты и овощи могут служить источником электрической энергии. Задачи: Узнать, как устроена обычная батарейка. Измерить уровень напряжения, которое выдают разные овощи и фрукты. Собрать свою «овощную» батарейку. Измерить полученное напряжение в цепи. С помощью лампочки наглядно увидеть работу полученного тока. Объект исследования – электрические батарейки. Предмет исследования – картофель как источник тока. Гипотеза: предположим, что картофель может служить в качестве источника тока - батарейки. Практическая значимость: создание источников питания их экологически чистых материалов, таких как фрукты и овощи, могло бы нам позволить использовать их для работы электроприборов с низким потреблением энергии (например, электронные часы), это способствовало бы тому, что мы смогли бы уберечь окружающую среду от загрязнения, так как обычные батарейки очень долго разлагаются если неправильно их утилизировать. Основная часть Как работает батарейка? Т  ак что же такое электрический ток? И как устроена обычная батарейка? Давайте разберемся!Э Рисунок 1 Электрическая батарейка изнутри лектрический ток — это движение электрически заряженных частиц. Абсолютно любая батарейка - это две металлические пластины, помещённые в электролит - специальное химическое вещество. (Рис.1). Одна пластина подключена к выводу « + », а другая к выводу « - ». Батарейка выделяет энергию в ходе протекающей реакции в электролите. При этом расходуются исходные вещества. Чем меньше исходных веществ остается – тем тяжелее батарейке удается поддерживать нужное напряжение между пластинами. Батарейка «садится». Такое слово используется, чтобы показать, что батарейка практически израсходовала свою энергию. Так человек, когда начинает уставать, стремится куда-нибудь присесть. Батарейка перестанет работать, когда истратит всю свою энергию, потому что больше не сможет делать электрический ток1. Некоторые батарейки можно использовать лишь один раз, пока она не «сядет», другие можно многократно перезаряжать. Батарейки бывают разных размеров и иметь разнообразную форму. Одни - маленькие, как таблетка. Другие – огромные, величиной с холодильник. Но все они работают по одному принципу. Во всех батарейка независимо от ее формы и размера создаётся электрический заряд в результате реакции между двумя химическими веществами, в ходе данной реакции электроны передаются от одного из них другому. В качестве электродов цинк (оцинкованная пластинка) и медь (медная проволочка), а электролит – раствор солей и кислот. Два металла погружённые в раствор вступают в химическую реакцию и вырабатывается электрический ток. История изобретения батарейки У обычной, «одноразовой» батарейки, той к которой мы все привыкли, есть и другое название – «гальванический элемент». Данное название было дано в честь итальянского учёного Луиджи Гальвани из Болоньи. (Рис.2). Ещё в 1791 году он совершенно случайно изобрёл первый источник электрического тока. Луиджи Гальвани присоединил полоски из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. В результате эксперимента было открыто явление возникновения и протекания тока2. Г  альвани решил, что это электричество есть в теле самой лягушки. И назвал это явление «животным электричеством».  Позже опыты Гальвани, повторил другой итальянский учёный - Алессандро Вольта, но уже с большей точностью. Изучив различную литературу, я узнал, что изобретенная 200 лет назад самая первая батарейка работала именно на основе фруктового сока. А Рисунок 2 Портрет Луиджи Гальвани лессандро Вольта в 1800 году сделал открытие. Он собрал нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и поместил кожаную прокладку между ними, пропитанную лимонным соком. В результате эксперимента Вольта выявил, что между металлическими пластинами возникает разность потенциала. Именем Алессандро Вольта назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый источник энергии стал прародителем всех современных батареек, которые в свою очередь называют теперь гальваническими элементами в честь Луиджи Гальвани. Нам даже известен «день рождения батарейки» - 20 марта 1800 года3. Таким образом, в ходе решения первой задачи, я изучил принцип работы батарейки. Для самых любознательных С  Рисунок 3 Строение батарейки овременная батарейка устроена, конечно, немного иначе – в ней уже нет ни металлических дисков, ни войлочных пластинок, пропитанных кислотными растворами. Но принцип остался таким же – батарейки содержат в себе реагенты (химические вещества), в состав которых входят два разных металла. В батарейках есть два электрода – анод (положительный) и катод (отрицательный). Между электродами – жидкость-электролит: раствор, хорошо проводящий электрический ток и участвующий в химической реакции. Когда металлы начинают свое взаимодействие через этот раствор, заряженные частицы начинают свое движение из анода (+) к катоду (-) – и вырабатывается электрическая энергия. Необычные батарейки Благодаря интернету я узнал, что в Индии ученые работают над созданием необычных батареек для использования их в несложной бытовой технике с низким потреблением энергии. Планируется, что внутри такой батарейки должна быть паста из апельсиновых корок и переработанных бананов. Считается, что одновременное действие четырех таких батареек позволит запустить настенные часы, а для ручных часов будет достаточно одной такой батарейки. Еще я прочитал, что компания Sоnу на научном конгрессе в США представила батарейку, которая работает на фруктовом соке. Если «заправить» такую батарейку 8 мл сока, то она способна проработать в течение одного часа. Применяться новая батарейка может в мобильных телефонах, плеерах. А ученые из Великобритании создали компьютер, источником питания для которого служит картофель. За основу они взяли старый компьютер с маломощным процессором Iпtе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питание это устройство получает от 12 картофелин, которые ученые меняют каждые 12 дней4. На первом этапе своей работы я изучал теоретическую сторону вопроса. Проанализировав литературу по теме исследования, я пришел к следующим выводам: батарейка – это удобное хранилище электричества, которое используется для обеспечения энергией различных переносных устройств; подключив к батарейке, например, лампочку в фонарике, от пластины «+» к пластине «-» потечёт ток и в результате лампочка загорится; появление электричества объясняется взаимодействием двух различных металлов, между которыми образуется химическая реакция; батарейки, которые можно заряжать многократно, изобрел в 1859г. французский физик Гастон Планше; ученые утверждают, что, если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи овощей или фруктов; они достигли некоторых успехов в своих исследованиях. В практической части своих исследований решил выяснить у своих сверстников, что им известно о батарейки. Я провел опрос среди учащихся 5-х классов. Вопрос 1 – вредны ли батарейки для окружающей среды? Б  ольшая 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.4).В Рисунок 4 Зачем сдавать батарейки? торой вопрос, который я задал учащимся – это можно ли получить электрический ток с помощью овощей или фруктов? Вопрос 2 – можно ли получить электрический ток с помощью фруктов? По результатам опроса я могу сделать вывод, что: некоторые ребята знают, что содержится внутри батарейки и как она работает. А про фруктовую и овощную батарейку многие ребята не слышали (Приложение 1). Большинство учащихся считает, что получить электричество при помощи фруктового сока невозможно. Овощной и фруктовый сок по составу своему являются слабыми кислотами, поэтому если вставить в овощ или фрукт 2 электрода: один цинковый - другой медный, то между электродами потечёт слабый ток, но его будет достаточно для питания, например, часов. Мне захотелось лично проверить это, конечно я попросил о помощи папу(ведь электрический ток – источник повышенной опасности!) – правда это или нет. Именно поэтому я думаю, что моя работа должна быть интересна и познавательна для моих одноклассников и не только для них. Эксперимент по получению тока из овощей и фруктов и созданию природной батарейки я провел во второй части работы. Эксперимент по созданию батарейки Меня заинтересовал вопрос о том, как сделать батарейку своими руками. Поискав информацию, я узнал, что можно сделать батарейку из картошки. На одном овоще я решил не останавливаться, а провел исследования. Фрукты и овощи взял из тех, что нашлись дома. Яблоко Картофель Помидор Лимон Лук Чеснок Морковь Груша Огурец Д  ля измерения напряжения взял специальный прибор – мультиметр. (Рис.5).На примере картофеля рассмотрим, как и что следует делать. (Рис.6).  Рисунок 5 Мультиметр При помощи мультиметра можно наглядно увидеть, какое напряжение даёт батарейка. Я знаю, что обычная пальчиковая батарейка даёт 1,5 Вольта. Я решил в этом убедиться сам, для этого измерил мультиметром несколько разных батареек, и заодно узнал, что у разных производителей батареек напряжение может быть немного различаться, т.е. быть больше или меньше заявленного. (Рис.7). З Рисунок 6 Картофель - природная батарейка атем я приступил к измерению напряжения в овощах и фруктах. Для меня стало открытием, что все они дают электричество! П  Рисунок 7 Проверяю батарейки роведем промежуточные итоги. Результат измерений получился не слишком разным. Напряжение оказалось в пределах от 0,81 Вольта до 0,91 Вольта. Кроме того, видно, что размер плода не влияет на напряжение. Маленький чеснок генерирует не меньше тока, чем более крупные плоды. А половинка огурца даёт столько же тока, сколько и целый огурец. Я составил свой рейтинг овощей и фруктов.
Таблица 1 – Рейтинг овощей и фруктов Победителями стали: яблоко, помидор, лимон, груша. Итак, первая гипотеза нашла своё подтверждение: разные фрукты и овощи генерируют разное напряжение. Затем я приступил к проверке второй гипотезы. Для того чтобы провести эксперимент, я заранее приготовил все необходимое. Под папиным контролем и его руководством я изготовил электроды из цинка и меди, папа купил светодиод. Я решил провести исследование на картофеле. Для этого я вставил в каждую картофелину цинковый и медный электроды, соединив цепь проводами для подключения их к мультиметру. Необходимо сделать некоторые расчеты: 1 картофелина дает напряжение в 0,43 Вольта. В лампочке 2,5 Вольта следовательно, чтобы лампочка загорелась, потребуется примерно 7 картофелин. С одной стороны картофелины я воткнул цинковый электрод приблизительно на треть его длины, с другой, кусочек медной проволоки. Так я поступил со всеми семью картофелинами. В результате картофель «превратился» в батарейку: медь – положительный (+) полюс, а цинковый электрод – отрицательный (-). Жаль, что это очень слабый источник энергии. Далее я подсоединил лампочку к контактам от картофелины, соединив картофелины таким образом, чтобы цинковый электрод первого картофеля подключался к медной проволоке второго и т.д. И, наконец, подключил светодиод. (Рис.8). Как же теперь убедиться в том, что моя картофельная батарея работает? П  ервый способов – подключить к картофелине мультиметр, данное устройство позволит измерить напряжение и силу тока батарейки.Второй способ – приложить два свободных конца проволок к контактам светодиода (лампочки), лампочка загорится. В Рисунок 8 Моя картофельная батарейка ывод: картофельная батарейка дала ток! Картофель является источником электроэнергии. Конечно, зарядить телефон на данном этапе не получится – слишком мала сила тока – но мне хочется продолжить свои исследования, я планирую провести еще ряд экспериментов и постараюсь добиться поставленной цели. Выводыпоглаве II Подводя итог, опытно-экспериментальной части исследования можно утверждать: опрос «Что вы знаете о батарейке», который я провел среди одноклассников, показал, что знания по затронутой мной проблеме недостаточные, скорее всего в силу возраста, но моей работой одноклассники заинтересовались; в результате собственного эксперимента я убедился, что картофель работает как батарейка: медь – положительный (+) полюс, а цинковый электрод – отрицательный (-), но к сожалению, это очень слабый источник энергии; зарядить телефон на данном этапе не получилось, но я продолжу свои исследование, проведу еще ряд экспериментов и постараюсь добиться поставленной цели; Практическое использование батареек Уже удалось создать источники питания из экологически чистого материала, такого как овощи и фрукты, что 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. 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. Выводы исследовательской работы:Выдвинутые мною гипотезы были доказаны. Фрукты и овощи действительно могут служить источником электрической энергии. С помощью нескольких фруктов и овощей можно выработать энергию, которой достаточно для того, чтобы зажечь светодиод. Заключение Получение электрического тока из обычного картофеля, именно так я определи для себя цель, когда приступил к выполнению данного эксперимента. Работать над данной работой было очень интересно и занимательно. Когда я только задумался над выполнением этой работы, ц меня был целый ряд вопросов, ответы на которые мне удалось найти в ходе поиска информации и проведения самостоятельного эксперимента Я научился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы, сравнивать полученные в ходе экспериментов результаты. Я научился определять напряжение внутри «овощной» батарейки и силу тока создаваемую ею, пользоваться прибором по измерению тока. Так, проведенные мной эксперименты подтвердили гипотезу о возможности создания источников питания из овощей и фруктов. Такие «овощные» и «фруктовые» батарейки могут использоваться для работы приборов с низким потреблением энергии. Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками электрического тока являются яблоко, картофель. Я убедился в том, что физика как наука не возможна без экспериментов. Теперь я умею определять напряжение внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею. Мне очень понравилось ставить эксперименты самому, чувствовать себя немного ученым. Оценивать получившийся результат, делать выводы! Я понял, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически так должно быть, возможны провалы в экспериментах. Например, мне не удалось зажечь лампочку на 2,5 Вольта, но одна неудача не повод сдаваться и поэтому я буду пробовать еще и еще, пока не добьюсь того результата, который меня устроит. Я пришел к мысли, что порой не представляешь и не задумываешься о том, сколько всего интересного происходит вокруг. А нужно ведь только оглянуться, обратить внимание, «углубиться» в данный вопрос, изучить, осмыслить, а затем провести исследование и ответить на вопрос. Фрукты и овощи действительно могут служить источником электрической энергии и из них, возможно, изготовить «природную батарейку». Список использованной литературы: Моя первая энциклопедия / пер.с англ. В.А.Жукова, Ю.Н.Касаткиной, Д.С. Щигеля - М, 2010 Большая книга "Почему" / пер.с итальянского О.Живаго -М, 2012 Большая книга экспериментов для школьников,- Москва. Росмэн,2009 Ф. Кларк, Л. Хоуэлл, С. Кхан. «Чудеса и тайны Науки», - Москва, Росмэн, 2005. 3.А. Крейг, К. Росни. «НАУКА энциклопедия», - Москва. Росмэн, 2001. 4.Ф. Чепмен. «Юный исследователь. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО», - Москва.: Росмен, 1994. А.Леонович.«Я познаю мир. ФИЗИКА. Энциклопедия»,-ООО «Издательство АСТ», 2006. Классная физика class-fizika-narod.ru Горелов Л.А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах. Пособие для учителей. М. : «Просвещение», 1977 Б Донат. Физика в играх. – М.: Центрполиграф, 2011г. Н. В. Гулиа. Удивительная физика.- М.: - Энас, 2008 г. Я. И. Перельман. Занимательная физика. – М.: Центрполиграф, 2010 г. И. Г. Кириллова Книга для чтения по физике – М.: Просвещение, 1996 г. В.Н. Витер «Фруктовая батарейка». Журнал «Химия и химики» №8, 2009г., стр. 134-137 Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Просвещение, 1984, с.225 Используемые сайты: http://digit.ru/technology/20100707/252798803.html http://www.mobime.ru/news/2006/04/18/potatoes_battery.html http://nepropadu.ru/blog/Masterskaia/4748.html http://ru.wikipedia.org/wiki/Батарейка http://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_ток http://www.uchportal.ru/load/191-1-0-13747 http://fastyou.ru/docs/74700/index-38043.html http://out-of-school.area7.ru/?m=6502 1 Моя первая энциклопедия / пер.с англ. В.А.Жукова, Ю.Н.Касаткиной, Д.С. Щигеля - М, 2010 2 А.Леонович.«Я познаю мир. ФИЗИКА. Энциклопедия»,-ООО «Издательство АСТ», 2006 3 Большая книга экспериментов для школьников,- Москва. Росмэн,2009 4 http://digit.ru/technology/20100707/252798803.html |