Как сделать батарейку из лимона или яблока. Батарейки из лимона, яблока, апельсина, лука Почему нельзя обойтись только одной парой «медь-магний»

МБОУ « Средняя общеобразовательная школа №6 г. Юрги»

Секция: Мир моих интересов.

Фруктовая батарейка.

МБОУ СОШ № 6,ученик 4 класса

Руководитель: Белоносова Т. В.

Юрга

2015

l . Введение.

ll . Основная часть.

Как работает батарейка.

Практическое использование батарее к.

lll . Заключение.

lV . Список литературы.

V . Приложение.

l . Введение.

М
оя работа появилась благодаря увлечению книгами и желанием мастерить поделки. Впервые о нетрадиционном использовании фруктов я прочитал в книге Николая Носова. По замыслу писателя, Коротышки Винтик и Шпунтик, жившие в Цветочном городе, создали автомобиль, работающий на газировке с сиропом.

И тогда я подумал, а вдруг фрукты тоже хранят какие-нибудь секреты.

Мне захотелось узнать как можно больше о необычных свойствах фруктов. Ученые утверждают, что если у вас дома отключат электричество, вы сможете некоторое время освещать свой дом при помощи лимонов.

Цель моего исследования:

Получение электрического тока из фруктов.

Задачи вы видите на слайде.

1. Ознакомиться с принципом работы батарейки.

2. Создать фруктовые батарейки.

3. Экспериментально определить напряжение таких батареек.

4. Постараться зажечь лампочку с помощью фруктовой батарейки.

Предмет исследования: получение электрического тока.

Объект исследования : фруктовые батарейки.

Г
ипотеза:

Являются ли фрукты источником электрического тока? Можно ли сделать батарейку из фруктов?

ll . Основная часть.

Как работает батарейка.

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. 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 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.

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. 200 лет назад он сформулировал главную идею изобретения.

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.

В Интернете я увидел фотографию, на которой запечатлено устройство, которое можно собрать своими руками. Это электронные часы, использующие вместо батарейки фрукты.

Я провёл анкетирование среди учащихся моего класса, с целью выяснения, что они знают про батарейки о существовании фруктовой батарейки.

Что содержится в батарейке?

По результатам анкеты я могу сделать вывод, что: ребята знают,что содержится внутри батарейки и как она работает. И про фруктовую батарейку ребята слышали. (рис. 1)

Фруктовый сок по своему составу представляет собой слабую кислоту, поэтому если вставить во фрукт 2 электрода: один медный - другой цинковый, то между электродами потечет слабый ток, достаточный для питания часов. Но я не привык верить на слово, поэтому решил проверить лично – правда это или нет.

Эксперимент по созданию батареек.

Для создания фруктовых батареек мне понадобились:

Материалы:

Оцинкованная пластинка

Мультиметр – прибор для измерения силы тока и напряжения.

4.Фрукты.

Приступаю к измерению тока во фруктах.

Мною, с помощью папы, были сделаны гальванические элементы из груши, яблока и лимона. В каждом элементе были сделаны замеры прибором мультиметром. (рис.2)

Нас удивило, что лимон, груши и яблоки дают электричество! Результаты измерений напряжения я занес в таблицу. (рис.3)

Я узнал, что обычная пальчиковая батарейка даёт 1,5 Вольта.

Итак, гипотеза нашла своё подтверждение: разные фрукты дают разный по силе ток.

V . Приложение.

Рисунок 1 .

Анкета.

Что содержится в батарейке?

На этот вопрос все ребята ответили - да.

Существуют ли фруктовые батарейки?

Рисунок 2.

Берем грушу с одной стороны вставляем медную проволочку, а с другой цинковую пластину.

Батарейка готова измеряем напряжение.

Берем яблоко с одной стороны вставляем медную проволочку, а с другой цинковую пластину. Батарейка готова измеряем напряжение.

Берем лимон с одной стороны вставляем медную проволочку, а с другой цинковую пластину. Батарейка готова измеряем напряжение.

Обычная пальчиковая батарейка даёт 1,5 Вольта.

Рисунок 3.

Результаты измерений напряжения.

Фрукты

Напряжение, V

Груша

0.90

Яблоко

0.87

Лимон

0.90

Рисунок 4.

Взяли маленькую светодиодную лампочку. Подсоединили её к контактам лимона.

Мой голубой светодиод начинает светиться !

Для любителей всякого рода экспериментов и опытов предлагаем необычную идею - попробовать соорудить собственными руками примитивную батарейку из кисленьких лимонов. Мы тратим массу денег на батарейки, аккумуляторы для питания телефонов, часов, игрушек, совершенно не задумываясь о том, что нас окружает масса недорогих энергетических источников, из которых мы собственноручно можем в любой момент собрать экономный и простенький гальванический элемент. Мы даже не предполагаем, сколько интересного нас окружает!

Для проведения эксперимента нам понадобятся, как я уже упоминал выше, лимоны (8 штук), 9 тоненьких проводов с зажимами, 8 небольших кусков медной проволоки и столько же оцинкованных гвоздей, часы с батарейкой, ну и, конечно же, вольтметр для испытания возможностей (напряжения) сооруженной нами батарейки.

Легенько размяв в руках лимоны, втыкаем в каждый из них кусочек медной проволоки и один оцинкованный гвоздь. Берем часы, вынимаем из них батарейку, и с помощью проводов создаем электрическую цепь, как на рысунке. Свободные концы проводов из первого и восьмого лимона подключаем к часам в тех местах, где находилась ранее батарейка, создавая замкнутую цепь. По окончанию эксперимента мы увидим, как пойдут часы. Подсоединив концы проводов к вольтметру, сможем наблюдать напряжение величиной 0,49 V.

Обьяснить работу нашей фруктовой батарейки просто. При контакте меди и цинка с лимонной кислотой происходит химическая реакция, в результате которой медь становиться положительно заряженной, а цинк – отрицательно. При замкнутой цепи, созданной при помощи медной проволоки и небольших оцинкованных гвоздей, начинает действовать электрический ток. Цинк (источник электронов) – это отрицательный полюс фруктовой батарейки , медь – положительный. Напряжение в батарейки связано со способностью цинка и меди отдавать электроны. Электрический же ток зависит от количества электронов, высвобождаемых при пробегаемой химической реакции.

Если дома не окажется лимонов, в качестве основного материала для эксперимента можно использовать любые другие цитрусовые, киви, бананы, яблоки, груши, картофель, помидоры, огурцы, луковицы. Эти овощи и фрукты также могут работать в качестве батарейки, правда напряжение у них будет несколько отличаться от лимонного источника тока. Наиболее высокое напряжение даст груша, наиболее низкою - киви. На электрические характеристики создаваемых батареек влияет кислотность применяемых продуктов. Соединив несколько фруктовых батареек последовательно, мы добьемся увеличения напряжения, пропорционально количеству используемых фруктов.

Пару медь и цинк можно подменить иными составляющими, например, медью и алюминием, алюминием и цинком. Правда, в последнем случае батарейка получиться несколько слабее "оригинальной" лимонной.

Вышеописанный эксперимент является прямым подтверждением того, что для удовлетворения своих энергетических потребностей человек может свободно использовать природные возобновляемые материалы. Ряд компаний в промышленных масштабах уже начал заниматься созданием необычных аккумуляторных батарей с применением продуктов переработки бананов, апельсиновых корок. Компания Sоnу не так давно презентовала публике батарейку, в которой вместо электролита использован фруктовый сок. Заправив батарейку 8 мл сока, можно обеспечить питание небольшой портативной электроники в течение одного часа. Ученые из Великобритании создали аналогичный вариант аккумулятора для маломощного компьютера с процессором Iпtе1 386. Экспериментально было доказано, что 12 картофелин могут стать полноценных источником энергетического питания компьютера в течение 12 дней.

Растегаев Даниил ученик 9 класса МОУ-СОШ №9 г. Аткарска

В исследовательском проекте определяюстя возможности использования лимона как источника тока. Рассчитывается его удельное сопротивление и КПД.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследование характеристик лимона как источника тока

Растегаев Даниил,

ученик 9 класса

МОУ-СОШ №9 г. Аткарска

Введение.

Использование электрической энергии в настоящее время очень тесно связано с комфортностью проживания человека в современном мире. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива – водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде. Человечество ищет альтернативные источники получения электрического тока: ветер, геотермальные воды, энергию приливов и отливов. А может быть, источники тока создала сама природа? И нам остается лишь найти им применение.

Один из таких источников исследуется в данной работе.

Цель проекта:

Исследовать характеристики лимона как источника тока.

Задачи:

1. Познакомиться с понятиями ЭДС и внутреннее сопротивление.
2. Изучить закон Ома для полной цепи.
3. Объяснить процессы, происходящие в лимоне, который используется как источник тока.
4. Экспериментально определить ЭДС и внутреннее сопротивление лимона, рассчитать удельное сопротивление лимона и мощность лимона, как источника тока.
5. Рассмотреть возможность использования данного источника тока в практических целях.

1. ЭДС источника тока.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может поддерживаться длительное время источниками электрического тока. Существуют различные виды источников тока:

1. механические (электрофорная машина);
2. тепловые (термоэлемент);
3. световые (фотоэлемент);
4. химические (гальванический элемент).

Источники тока бывают различные, но в каждом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением кулоновских сил, называют сторонними силами. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил, а во всей остальной цепи – под действием электрического поля. Природа сторонних сил может быть разнообразна.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (ЭДС).

1. Лимон – гальванический элемент.

Лимон - небольшое вечнозеленое плодовое дерево высотой до 5-8 м, с раскидистой или пирамидальной кроной. Встречаются деревья в возрасте 45 лет.

Плоды лимона содержат лимонную кислоту (C 6 H 8 O 7 ). Вещество чрезвычайно распространено в природе: содержится в ягодах, плодах цитрусовых, хвое, стеблях махорки, особенно много её в китайском лимоннике и недозрелых лимонах.

Впервые лимонная кислота была выделена в 1784году из сока недозрелых лимонов шведским аптекарем Карлом Шееле.

В лимоне, как и в гальваническом элементе, природа сторонних сил – химическая. В результате химической реакции происходит растворение цинка в лимонной кислоте. В раствор переходят положительно заряженные ионы цинка, а сама цинковая пластина при этом заряжается отрицательно. Медная пластина заряжается положительно, так как ионы цинка оседают на ней. (см. приложение 1)

Для проведения измерений и эксперимента соберем электрическую цепь по схеме:

1. Закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим электрическую цепь для нашего эксперимента.

Источник тока имеет ЭДС ɛ и сопротивление r. Сопротивление источника тока часто называют внутренним сопротивлением, сопротивление внешнего участка цепи обозначают R.

Георг Симон Ом (16 марта 1787 – 6 июля 1854) - знаменитый немецкий физик. Наиболее известные работы Ома касались вопросов о прохождении электрического тока и привели к знаменитому «закону Ома», связывающему сопротивление цепи электрического тока, внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, силу тока.

Закон Ома для полной цепи:

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

1. Результаты эксперимента.

Соберем экспериментальную цепь для получения необходимых данных. (см. приложение 2)

Измерим ЭДС лимона: ɛ = 0,95В

Измерим силу тока и напряжение на участке цепи при различном внешнем сопротивлении.

U 1 =0,515В U 2 =0,586В

I 1 =196мкА I 2 =160мкА

R 1 =2кОм R 2 =3кОм

По закону Ома для полной цепи рассчитали внутреннее сопротивление лимона: r = 2,1кОм. (см. приложение 3)

Измерим ток короткого замыкания на лимоне: I кз =460мкА. Ток короткого замыкания имеет максимальное значение в том случае, когда внешнее сопротивление цепи R→0.

С помощью полученных измерений мы вычислили удельное сопротивление лимона ƍ=69*10 6 Ом*мм 2 /м. (см. приложение 3)

Также определили КПД и мощность лимона как источника тока

P=108,3*10 -6 Вт

Ƞ= 60%

Несмотря на достаточно большое значение КПД, мощность лимона как источника тока очень маленькое.

Мы попробовали использовать лимон как источник тока. Собрали электрическую цепь из нескольких последовательно соединенных лимонов и диода. Несколько последовательно соединенных лимонов служат батарей гальванических элементов. При последовательном соединении сила тока, которое выдает такой источник остается неизменной, а напряжение равно сумме напряжений на клемах отдельных источников. С помощью 5 последовательно соединенных лимонов мы смогли зажечь два светодиода.

Заключение.

• Лимон – гальванический элемент, в котором действуют химические сторонние силы.
• Лимон можно использовать как источник электрического тока.
• В бытовых целях лимон нельзя использовать как источник тока, так как ток, который выдает лимон, составляет порядка нескольких десятков микроампер, при этом он обладает очень большим внутренним сопротивлением.

Список литературы и других источников:

1. А.В. Перышкин Физика 8 класс. М:«Дрофа»2009г.
2. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский Физика 10 класс, М:«Просвещение»2007г.
3. М.Н. Алексеева Физика – юным. М:«Просвещение»1980г.
4. И.Г. Кириллова Книга для чтения по физике. М: «Просвещение»1986г.
5. http://ru.wikipedia.org

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Мы вычислили, что внутреннее сопротивление лимона r = 2,1 кОм.

Мы вычислили, что длина между пластинами l = 3,8 см = 0,038 м.

Определили площадь пластин a= 39мм b= 32мм S=ab= 1248 мм 2

Теперь найдем удельное сопротивление лимона по формуле :

Природные аккумуляторы электрической энергии, батарейка из фруктов – возможно ли это? Давайте попробуем разобраться с этим вопросом в нашей лаборатории.

Нужно отметить, что этот эксперимент хорош своей простотой и наглядностью. Его можно использовать как для школьного научного проекта (особенно, добавив теоретический раздел), так и в виде развлечения устроив неплохую презентацию, например, для друзей. Замечательно подойдет этот опыт и если вы просто решили с пользой провести время с ребенком – и весело, и познавательно!

В предыдущей статье об мы немного затронули историю создания батарейки, узнали, откуда в ней берется электричество, рассмотрели протекающие в гальваническом элементе процессы. А невероятно полезный метод познания окружающего мира под названием «Что там внутри?» помог нам посмотреть, из чего состоит батарейка. Правда, пришлось разломать несколько гальванических элементов, но в этой статье, обещаю, мы ломать ничего не будем. Только созидать!

Что нам для этого понадобится? Как мы уже выяснили, любой гальванический элемент состоит из электродов и электролита. Следуя традиции, никаких экзотических или труднодоступных материалов мы использовать не будем. Если вам захочется повторить эксперимент, потребуется следующее:

• Овощи или фрукты, которые есть у вас под рукой. Только не говорите окружающим, для чего они вам нужны, а то в следующий раз, когда вам захочется, скажем, апельсинчика, вам не дадут – скажут, мол, опять собираешься продукты переводить 🙂 Они будут исполнять роль электролита в нашей партии батарейки (а точнее, содержащийся в них фруктовый сок, который благодаря фруктовым кислотам выполняет роль ионообменной среды).
• Железные и оцинкованные гвозди. Если нет оцинкованных гвоздей, можете взять кусочки оцинкованной жести. Если после предыдущей статьи по устройству батареек у вас остался цинковый корпус – самое время достать его из заветной коробочки. Как вы поняли, все это будет выполнять роль электродов.
• Несколько проводков. Я взял несколько жил от многожильного кабеля типа «витая пара». Провода нам нужны для того, чтобы организовать электрическую цепь – тот самый мостик, по которому электроны бегут от одного электрода к другому.
• Ну и конечно же нам потребуется потребитель тока – зачем нам электричество, если нам некуда его тратить. В качестве потребителя стОит использовать что-нибудь маломощное: например калькулятор или светодиод. Что-либо помощнее, например, лампу накаливания, брать не стоит. Хотя, последним замечанием можно пренебречь, если у вас перед домом стоит грузовик с лимонами.

Разложим компоненты на нашем лабораторном столе.

Зачищаем от изоляции концы проводов.

Начинаем погружать электроды в электролит. Ну а если по-простому – то втыкать гвозди и пластины в заготовленные съестные припасы. Сначала один электрод…

… а затем и другой.

На концах электродов закрепляем провода.

Гальванический элемент готов! Половинка лимона показывает почти полвольта.

Проделав все вышеописанные процедуры с яблоком, видим, что гальванический элемент из этого фрукта дает аналогичное напряжение.

Аналогичное напряжение обеспечивает и апельсин.

А вот лук преподнес сюрприз. Батарейка из него получилась высоковольтная 🙂

А теперь давайте посмотрим, на что способна вся эта наша фруктово-электрическая братия. Конечно, каждый из этих элементов мало на что способен. Разве что просто продемонстрировать с помощью вольтметра, что электричество они вырабатывают на самом деле. Гораздо более эффектным будет демонстрация работы потребителей тока от наших фруктовых батареек. Как я уже отметил, напряжения, выдаваемого отдельным фруктовым гальваническим элементом, будет недостаточно для питания даже маломощных потребителей тока. Следовательно, нам нужно повысить напряжение. Этого можно достигнуть путем соединения нескольких гальванических элементов по последовательной схеме, т.е. вот так:

После соединения всех наших гальванических элементов в батарею получаем уже вполне солидное напряжение.

Попытаемся подключить светодиод (при подключении необходимо соблюсти полярность)… Горит!!!

Даже старый калькулятор, который я уже давно перестал считать рабочим, заработал от фруктовой батареи!

Ну что ж, опыт удался! Как видим, батарейка из фруктов вполне реальна. Конечно, как серьезный источник питания ее рассматривать нельзя. Но как отличный наглядный материал о природе электричества, который для непосвященных может выглядеть даже немного мистически, — вполне!

Удачи вам в ваших экспериментах!