Индонезия (о. Бали)

«НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО УЧАЩИХСЯ»

КРАСНОЯРСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДЛЯ ДЕТЕЙ, НУЖДАЮЩИХСЯ В ДЛИТЕЛЬНОМ ЛЕЧЕНИИ

«КРАСНОЯРСКАЯ САНАТОРНАЯ ШКОЛА – ИНТЕРНАТ»

Исследование нетрадиционных источников энергии

Выполнил: учащийся 8 класса КГООУ

«Красноярская санаторная школа – интернат»

Лукьянов Иван.

Руководитель: учитель физики Наседкин

Константин Борисович, КГООУ

Красноярск, 2010 г.

Содержание

Введение 3

Глава I Нетрадиционные источники электричества 6

1 Оригинальные источники тока 6

2 Цели и задачи исследования 7

Глава I I Исследование электрических свойств плодов

некоторых растений 9

Заключение Выводы 10

Список литературы 11

Введение

Давно известно, что энергетические запасы на Земле не беспредельны и, возможно настанет такой момент, когда людям придётся бороться за каждую калорию или джоуль, каждый ампер, вольт или ватт. Поэтому уже сегодня стоит задуматься и помочь будущим поколениям в поиске новых способов добычи электрической энергии.

Итальянский врач Луиджи Гальвани (1737 – 1798) обнаружил, что если к обезглавленному телу лягушки подвести электрическое напряжение, то будет наблюдаться сокращение её лапок. Так он показал воздействие электрического тока на мышцы. Гальвани предположил существование между нервом и лапкой разности потенциалов – «живого электричества». Сокращение мышцы он объяснял действием электрического тока, возникающего в тканях лягушки при замыкании цепи через металл.

Соотечественник Гальвани – Алессандро Вольта (1745 – 1827) внимательно изучил электрическую цепь, которой пользовался Гальвани и доказал, что в ней имеются два разнородных металла, которые замыкаются через солевой раствор, т. е. получается полное подобие химического источника тока. Нервно – мышечный препарат, утверждал он, в этом опыте служит всего-навсего чувствительным гальванометром.

Одному из последователей Гальвани удалось доказать, что это не так. Оказалось, что электрический ток возникает в тех случаях, когда нерв набрасывали на повреждённую мышцу. Так были открыты токи, возникающие между здоровой и повреждённой тканью. Они были названы токами повреждения. Позднее было показано, что деятельность нервов, мышц и других тканей сопровождается генерацией электрических токов. В наши дни биотоки регистрируются и исследуются чувствительными приборами – осциллографами.

Источники тока, у которых разделение зарядов происходит за счёт энергии химических процессов, получили название гальванических. Такое название было предложено итальянским учёным А. Вольта в1796 году в честь учёного Гальвани.

Главная мысль Вольта: «Источником являются металлы – медь и серебро». Вольта используя в качестве измерительного прибора собственный язык. При протекании тока язык ощущает кислый привкус, это Вольта установил из опытов с электрической машиной. Чем больше ток, тем сильнее ощущение кислоты. Четыре года Вольта исследует различные пары металлов, добиваясь наибольшего эффекта. Позднее язык он заменил специальным электроскопом. Таким образом, Вольта создал первый простейший источник тока, он разделил пары влажными кусочками ткани, играющими роль проводов.

Наука получила в своё распоряжение источник тока в 1799 году, о чём Вольта уведомил Королевское общество: «Мне удалось сделать два таких цилиндра из 20-и металлических пар, они мне служат хорошо уже несколько недель и, надо думать, послужат ещё несколько месяцев …

Искренне ольта.»

В 1801 году А. Вольта построил так называемый ряд напряжений металлов (современный ряд напряжений гораздо длиннее): чем дальше в нём отстоят друг от друга два металла, тем большее напряжение даёт построенный из них вольтов столб.

Уже после Вольта обнаружили, что если два металла (Cu и Zn) опустить в раствор кислоты, то получится источник тока более мощный, чем вольтов столб. В этом источнике играет роль не столько контакт металлов, сколько контакт каждого из металлов с раствором кислоты. И это уже совсем другой источник тока, чем вольтов, и более сильный! Так что напрасно Вольта решительно отказался от изучения роли мышцы. Содержащаяся в мышцах влага с растворёнными в ней солями, кислотами, щелочами указывали путь ещё к одному источнику тока – гальваническому элементу.

Изучая тему «Источники электрического тока» я заинтересовался вопросом создания новых источников тока, используя растительное электричество. И оценить возможность их применения.

Для этого считаю необходимым изучить сущность вопроса, изготовить экспериментальную установку, произвести эксперимент с рядом плодов некоторых растений, чтобы выяснить их электрические свойства и оценить возможность, хоть и теоретически, использование в качестве источников тока.

Глава I

Нетрадиционные источники электричества

1 Оригинальные источники тока

Помимо традиционных источников электроэнергии (ГЕС, ТЭЦ, ТЭС, АЭС) и альтернативных (приливные, ветровые, солнечные и др.) учёные всего мира разрабатывают и так называемые «оригинальные» источники тока, стараясь привлечь новые ресурсы энергии.

Я заинтересовался этим вопросом при изучении в курсе физики темы «Источники тока». В книгах Биофизика на уроках физики [3] и Мир физики [4] прочитал, что в середине двадцатого столетия учёные создали оригинальный электрохимический генератор, топливного элемента. К электродным пластинкам топливного элемента (к сожалению, покрытым тонким слоем дорогой платины) подводят два газа водород и кислород. На электродах газы отдают электроны во внешнюю электрическую цепь, становятся ионами и, соединяясь, превращаются в воду. Из газового топлива сразу получается и электроэнергия, и чистая вода. Удобно, бесшумный и чистый источник для дальних путешествий, например в космос, где особо нужны оба продукта «деятельности» топливного элемента.

В источниках энергии могут быть использованы явления разложения и окисления органических веществ, приводящие к выработке электроэнергии.

Известно, что в придонном слое океана образуется электричество, там как бы имеется гигантский топливный элемент. Принцип работы такого элемента следующий. Топливный элемент состоит из двух секций, разделённых полу проницаемой перегородкой. Внутри секций – инертные катоды. Анодная секция содержит «топливо» - смесь морской воды с органическими веществами, а также катализатор – бактериальные клетки. В катодную секцию помещают морскую воду с кислородом. При работе такого элемента, как и в придонном слое океана, топливо окисляется и выделяется энергия, за счёт которой во внешней цепи возникает электрический ток. Достоинство такого элемента – дешевизна, так как в нём используются «бесплатные» продукты. Время же работы может быть бесконечно большим, если в катодную секцию ввести живые водоросли с добавлением в воду неорганических солей, необходимых для их питания, и освещать элемент солнечным светом.

В другом биохимическом элементе для ускорения распада и окисления применяется иной вид бактерий, благодаря чему реакции ускоряются в миллионы раз. Такой источник даёт напряжение 0,5 – 1,0 В.

В связи с тем, что могут быть использовании бактерии сточных вод, в частности бактерии из кишечника человека, возникает теоретическая возможность создания систем с замкнутым циклом для космических полётов и других изолированных предприятий.

Этот материал подтолкнул меня к изучению возможности использовать плоды некоторых фруктов и овощей как источники электрического тока. Ведь все они содержат растворы солей и кислот.

2 Цели и задачи исследования

Щёлочи, соли, кислоты называются электролитами. Растворы и расплавы электролитов являются проводниками электрического тока. Под воздействием электрического поля полярных молекул воды происходит распад молекул на ионы. Этот процесс называется электролитической диссоциацией. Если в сосуд с раствором электролита поместить электроды и включить в электрическую цепь, то отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду – аноду, а положительные к отрицательному электроду – катоду. В результате установится электрический ток.

Таким образом, цель работы заключается в том, чтобы исследовать и оценить возможность использования полученного тока от плодов растений на практике.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

·  изучить теоретический материал;

·  составить план эксперимента;

·  составить бизнес – план;

·  создать экспериментальную установку;

·  подготовить опытные исследуемые образцы;

·  провести эксперимент;

·  обработать полученные результаты4

·  проанализировать результаты;

·  сделать выводы.

В работе использовались следующие методы:

·  работа с научной и технической литературой;

·  мониторинг;

·  использование ИКТ;

·  анализ;

·  вывод на основе сравнения поставленной цели и полученных результатов.

Глава I I

Исследование электрических свойств плодов некоторых растений

Изучив теорию исследуемого предмета, приступил к созданию экспериментальной установки. Разобрал израсходованную пальчиковую батарейку ЭнерЛюкс и изготовил два электрода: медный цинковый. Взял два проводника из лабораторного комплекта (красный и синий) соединил электроды и проводники методом пайки. Для регистрации разности потенциалов послужил школьный лабораторный милливольтметр.

Приготовил опытные образцы, на покупку которых потратил 200 рублей.

Измерения проводил при разных температурах: 40 С и 200 С. Электроды размещал на расстоянии друг от друга один сантиметр (положение1) и по разные стороны плода (положение 2). Результаты измерений сведены в таблицу (приложение 2).

Исследования показали, что разность потенциалов зависит от температуры – возрастает с увеличением температуры; площади поверхности электродов – возрастает с увеличением площади (подробно характер зависимости не исследовался).

Плоды, в которых электролитом является кислота, в среднем имеют разность потенциалов в полтора раза меньшую, чем плоды, в которых электролитом являются растворы солей. У фруктов выделяется группа с разностью потенциалов 8 mB, хотя первоначально предполагалось, что первенство займёт лимон. У овощей наибольший показатель имеет квашеная и маринованная капуста – 10 mB.

У кислотосодержащих плодов разность потенциалов со временем не менялась, а у овощей в течении одной минуты уменьшалась примерно на 30%. После проведения эксперимента в местах прокола плодов обнаруживались потемнения, что, вероятно, является следствием окислитель ной реакции.

Заключение

Рассматривая возможность применения исследуемых источников электрической энергии можно предположить, что их возможно использовать для проверки полупроводниковых приборов ( диодов, транзисторов, микросхем) на проводимость (исправность), как источники тока для маломощных жидкокристаллических светодиодов. Их маломощность и экзотичность сильно сужает круг использования.

Конечно при ценах на фрукты в наших широтах это дорогое удовольствие, но наличие дешёвых овощей даёт надежду на изготовление, хоть и теоретически, подобных источников тока. Этот вопрос я попытаюсь исследовать в следующей работе.

Выводы

1.  изучена научная и техническая литература по выбранной теме;

2.  составлен план и бизнес – плн эксперимента;

3.  создана экспериментальная установка;

4.  подготовлены опытные исследуемые образцы;

5.  проведён эксперимент;

6.  обработаны и проанализированы полученные результаты.

Список литературы

7.  Волков разработки по физике. – М.: «ВИКО», 2006. – 111с.

8.  Полянский разработки по физике. – М.: «ВИКО», 2006. – 203с.

9.  Кац на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988. – 58с, 77с

10.  ир физики. – М Детская литература, 1987. – 93с.

11.  лессандро Вольта. // Энциклопедия для детей. Физика. Том 16. – М.: Аванта, 2000. – 31с

Приложение

Таблица

Электролиты, содержащиеся в плодах

Плод	вещество
Яблоко зелёное	яблочная, янтарная, муравьиная кислоты
Яблоко красное	яблочная, янтарная, муравьиная кислоты
Груша	яблочная, лимонная кислоты
Лимон	лимонная кислота
Апельсин	лимонная кислота
Мандарин	лимонная кислота
Гранат	яблочная, лимонная, щавелевая кислоты, сернокислые соединения и хлориды
Банан	яблочная кислота
Огурец зелёный	фолиевая, пантотековая,, органические кислоты
Огурец солёный	фолиевая, пантотековая,, органические кислоты и поваренная соль
Помидор	яблочная, лимонная, щавелевая, аскорбиновая кислоты
Капуста квашенная	яблочная, лимонная, щавелевая, янтарная, фумаровая, уксусная кислоты и поваренная соль
Капуста маринованная	яблочная, лимонная, щавелевая янтарная, фумаровая кислоты
Картофель	фолиевая, лимонная, щавелевая яблочная кислоты
лук	яблочная, лимонная кислоты

Приложение

Таблица

Разность потенциалов, mB

плод	Температура 40 С	Температура 200 С
Положение 1	Положение 2	Положение 1	Положение 2
нач.	кон.	нач.	кон.	нач.	кон.	нач.	кон.
яблоко зленное	0,1	0,1	0,1	0,1	3,0	3,0	1,9	1,9
яблоко красное	0,1	0,1	0,1	0,1	2,8	2,8	1,8	1,8
груша	3,6	3,6	1,8	1,8	8,0	8,0	3,0	3,0
лимон	1,0	1,0	0,3	0,3	4,0	4,0	2,2	2,2
апельсин	0,8	0,8	0,3	0,3	3,6	3,6	1,7	1,7
мандарин	1,0	1,0	0,5	0,5	6,0	6,0	3,8	3,8
гранат	1,8	1,8	0,5	0,5	1,9	1,9	1,0	1,0
банан	0,7	0,7	0,2	0,2	4,0	2,8	1,0	0,9
огурец зелёный	2,0	2,0	0,3	0,3	4,0	4,0	0,8	0,8
огурец солёный	5,0	2,0	3,0	1,0	6,0	2,0	6,0	2,0
помидор	1,2	1,2	1,0	1,0	6,0	6,0	2,0	2,0
капуста квашеная	10,0	10,0	8,0	8,0	10,0	3,8	6,0	3,8
капуста маринованная	6,0	6,0	8,0	6,0	10,0	5,0	6,0	4,0
картофель	4,2	2,0	2,0	1,8	6,0	4,0	4,0	3,0
лук	1,0	1,0	0,8	0,8	3,0	2,0	2,0	1,9