Фруктовые и овощные батарейки

КРАСНОЯРСКАЯ РЕГИОНАЛЬНАЯ ДЕТСКО-МОЛОДЕЖНАЯ
ОБЩЕСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
«НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО УЧАЩИХСЯ»
Муниципальное образовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №4
Фруктовые и овощные батарейки
Выполнили: учащиеся 8 «а» щколы №4
г.Ачинска Плавко Максим Сергеевич
Середа Сергей Евгеньевич
Руководитель: учитель физики шк №4
Кравец Галина Ивановна
учитель математики шк №4
Ческидова Маргарита Георгиевна
Содержание
1. Введение
3
2. Основная часть
4
теория
эксперимент
выводы
3. Заключение
12
4. Литература
13
2
Аннотация
Работа посвящена исследованию использования фруктов и овощей в качестве
альтернативных источников тока. Сделан сравнительный анализ характеристик силы тока
и напряжения одного фруктового или овощного элемента и трех элементов. Эксперимент
проведен с яблоками, апельсинами, лимонами, картофелем и луком.
Введение
В нашем мире очень важную роль играют химические источники тока. Они
используются в игрушках и мобильных телефонах, космических кораблях и крылатых
ракетах, ноутбуках и автомобилях. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками,
аккумуляторами, топливными элементами. В жизни бывают ситуации, например, на даче
разрядилась батарейка для питания часов. Выход из положения простой оказывается,
используя последовательное и параллельное соединение проводников можно в принципе
получить источник электричества любой мощности из овощей и фруктов.
Пока ученые во всем мире спорят о плюсах и минусах альтернативных источников
энергии, их индийские коллеги. пополнили список энергетических альтернатив…
картофельными очистками.
Они предлагают использовать фрукты, овощи и отходы от них, при производстве
источников питания для несложной бытовой техники с низким потреблением энергии.
Внутри необычных батареек - паста из переработанных бананов, апельсиновых корок и
других овощей-фруктов и электроды из цинка и меди.
Проблема:
Источники энергии, гальванические элементы, достаточно дороги
Гипотеза:
Предположим, что можно заменить дорогие гальванические элементы самодельными
фруктовыми и овощными батарейками.
3
Цель работы:
Изготовить самодельные источники электрической энергии.
Задачи:1. Познакомиться с литературой о фруктовых и овощных батарейках.
2. Сконструировать самодельные источники тока.
3.
Экспериментально
сравнить
электрические
характеристики
созданных
источников тока.
Предмет исследования:
Получение электрического тока.
Объект исследования:
Фруктовые и овощные батарейки.
Методы исследования :
Экспериментальный, метод обработки результатов, метод сравнения.
Основная часть
1. Что такое фруктовая (овощная) батарейка ?
Фруктовая батарейка – это источник тока, состоящий из нескольких овощей или фруктов,
последовательно соединенных между собой и работающих по принципу гальванического
элемента.
2. Немного истории
Что внутри батарейки?
Первая батарейка была создана ещё в 18 веке итальянским физиком Алессандро
Вольтой, он заинтересовался тем, как животные вырабатывают электричество и после
ряда опытов доказал, что образуется оно за счет химического взаимодействия двух
металлов в растворе. В качестве электродов он использовал две металлические дуги,
конец одной из которых был медным, а другой цинковым, электролитом же послужил
соляной раствор [ 2 ].
Не смотря на большие различия в конструкции и назначении, химические
источники тока работают по- схожему принципу.
4
В раствор электролита погружено два электрода. На первом электроде какое-то вещество
отдает свои электроны, они двигаются по внешней электрической цепи ко второму
электроду, где эти электроны присоединяет другое вещество. На первом электроде
проходит процесс окисления, на втором – восстановления. Окисляться может как
материал электрода (цинк, железо, магний, натрий), так и вещество, растворенное в
электролите (водород, метанол). Окислителем служит вещество, растворенное в
электролите, например, ионы водорода и металлов, кислород или расплавленная сера.
Первый электрод заряжен отрицательно (он отдает электроны в систему), второй –
положительно (он забирает электроны из системы). В цепи течет электрический ток.
Итак, чтобы сделать гальванический элемент нам необходимо : два электрода ,
окислитель, восстановитель и электролит.
Возьмём две пластинки: медную и цинковую – они будут служить
электродами. Чтобы измерить напряжение, нам необходим вольтметр, для этих целей
используем цифровой мультиметр. А в
качестве
«стакана» с электролитом мы
используем большой и красивый …лимон (апельсин, яблоко, картофель, лук.). Сок
фруктов и овощей
содержит растворенные электролиты – соли и
e-
органические кислоты. Их концентрация не
e-
Cu
Zn
H
Cu++
Cu++
Cu++
очень высока, но нас это вполне устраивает. [ 3
e-
].
H
H
Итак, как работает лимонная батарейка?
Когда
цинковая
лимонной
Zn++
Zn++
Zn++
пластика
кислотой,
контактирует
начинаются
с
две
химические реакции. Одна реакция – окисление:
кислота начинает забирать атомы цинка с
поверхности пластины. Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая ему
положительный заряд (Zn++) Заряженные атомы цинка – ионы цинка, остаются в лимоне
около пластины, область около нее чернеет.
Другая реакция – восстановления, в ней задействованы положительно заряженные атомы
водорода – ионы водорода около цинковой пластины.
Ионы принимают электроны,
высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием водорода, который
можно увидеть в виде пузырьков около пластины.
Ионы водорода называют окислителями, потому, что они принимают электроны цинка.
Обе реакции продолжаются до тех пор, пока цинковая пластина находится в лимоне.
5
Реакция не зависит от присутствия меди или другого вещества. Важно понять, что
электроны испускаемые цинком принимаются ионами водорода кислоты Медная монета
- тоже окислитель. В действительности, она даже больший окислитель, чем ионы
водорода в лимонной кислоте. То есть медь может притягивать многие свободные
электроны, испускаемые цинком. Но процесс не происходит до тех пор, пока между
медным и цинковыми электродами есть связь.
Когда между электродами устанавливается электрическая связь, то медь притягивает
электроны из пластинки и возвращает их через цепь. Движение электронов по цепи –
электрический ток. Условно было принято за направление движения электронов: ток от
отрицательного полюса батарейки или электрического элемента к
положительному
полюсу. Поэтому цинк – отрицательный полюс в лимонной батарейке. А медь –
положительный полюс.
Когда в цепи есть светодиод, то электрический ток вызывает его свечение. Напряжение
лимонной батарейки вызываются разницей между способностью цинка и меди отдавать
электроны.
Электрический ток,
выдаваемый батарейкой, среди прочего, зависит от
количества электронов, спускаемых химической реакцией. [ 4 ].
Наше исследование
Эксперимент №1
Измерим силу тока и напряжение, которые вырабатывает один элемент фруктовой и
овощной батарейки.
Перед экспериментом помнем лимоны. Надавливаем пальцами и катаем их до тех пор,
пока они не станут мягкими. Это делается для того, чтобы внутри лимона появился сок.
Это действие очень важно – от него зависит эффективность наших лимонов. Вставим в
разрезы в лимоне цинковую и медную пластинки (тщательно отшлифованные)
и
присоединим к ним светодиод, помещенный в стаканчик из темной пластмассы,
микроамперметр и параллельно вольтметр.
Этот эксперимент мы провели еще с луком, апельсином, яблоком и картофелем.
В результате получили:
6
напряжение, выдаваемое одним
элементом "фруктовой" батарейки
U (В)
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
лимон
лук
апельсин
яблоко
картофель
Наши измерения показывают, что один апельсин дает напряжение почти такое же как и
одна картофелина, и лимон, а напряжение яблока гораздо меньше.
сила тока, выдаваемая одним элементом
"фруктовой" батарейки
160
140
120
лимон
100
лук
80
60
апельсин
яблоко
картофель
40
20
0
Эксперимент показал, что апельсин дает наибольшую силу тока, а яблоко наименьшую.
Эксперимент №2
Мы вставили цинковые и медные электроды еще в два лимона и соединили их
последовательно подключив к ним светодиод, амперметр и параллельно вольтметр.
Посмотрим у какой батарейки больше сила тока и напряжение, и как их величина
изменяется со временем. (продолжительность опыта 3часа).
7
Этот эксперимент повторили с картофелем, апельсином и луком. Результаты измерений
занесли в таблицу и построили графики
U(В)
1,8
t (мин)
U(В)
1,6
t (мин)
1,7
1,65
1,63
1,61
1,61
1,61
1,61
20
20
20
20
20
20
20
1,6
1,65
1,65
1,64
1,63
1,4
1,38
20
20
20
20
20
20
20
лимон
Картофель
графики изменения напряжения со
временем
1,8
1,6
напряжение
1,4
1,2
1
картофель
лимон
0,8
0,6
0,4
0,2
0
вре мя
8
I(мкА)
400
t (мин)
I(мкА)
500
t (мин)
400
380
300
220
200
200
200
150
20
20
20
20
20
20
20
20
400
400
350
320
320
320
300
320
20
20
20
20
20
20
20
20
картофель
лимон
графики изменения силы тока со временем
600
500
сила тока
400
картофель
300
лимон
200
100
0
время
За время эксперимента напряжение на полюсах лимонной батарейки почти не меняется,
сила тока меняется более заметно. Для того, чтобы продлить жизнь батарейки
надо дополнительно помять фруктовые элементы (для появления сока) или сделать новые
надрезы для электродов.
U(В)
1,62
t (мин)
U(В)
t (мин)
1,63
1,6
1,59
1,58
1,58
1,57
1,55
1,55
20
20
20
20
20
20
20
1,63
1,62
1,62
1,61
1,6
1,59
1,59
20
20
20
20
20
20
20
апельсин
лук
9
1,64
1,62
напряжение
1,6
1,58
апельсин
лук
1,56
1,54
1,52
1,5
время
I(мкА)
240
t (мин)
(мкА)
170
t (мин)
230
230
210
200
190
180
170
160
20
20
20
20
20
20
20
20
160
150
150
150
150
140
140
130
20
20
20
20
20
20
20
20
апельсин
лук
графики изменения силы тока со временем
300
сила тока(мкА)
250
200
апельсин
150
лук
100
50
0
время
Из графиков видно, что сила тока убывает почти пропорционально напряжению .До
завершения работы мы 4 дня держали включенными милливольтметр и микроамперметр,
напряжение и сила тока не упали до ноля.
Проведенные эксперименты, позволят сделать выводы:

из использованных фруктов и овощей лучшими источниками э/тока являются
апельсин, лимон, картофель (светодиод горит).
10

Все фруктовые и овощные батареи, состоящие из трех элементов, дают свечение
светодиода (ток и напряжение достаточны).

С течением времени быстрее убывает напряжение и ток у овощных батареек, а
медленнее – у цитрусовых. Но и те и другие могут работать 3 и более дней, если
производить действия о которых мы писали выше.
11
Заключение
Наша гипотеза о замене дорогих гальванических элементов фруктовыми батарейками
подтвердилась. Фрукты и овощи могут служить источниками тока

Электронные часы могут работать на соке овощей и фруктов, что и предлагают
ученые Великобритании.

Ученые Индии решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для
производства альтернативных источников питания для несложной техники с
низким потреблением энергии.

Японский производитель электроники Sony Corp разработал экологически чистые
батарейки, которые работают на сахаре. Энергии таких батареек хватит для работы
плеера или диктофона.[РИА «Новости»
Мы считаем, что альтернативными источниками тока могут быть апельсины, лимоны,
грейпфруты на Кавказе. В Сибири картофель, лук, а в центральных районах России
яблоки.
12
Литература.
1. Источник: РИА «Новости».
2. Энергия «из ничего». Журнал «Юный эрудит» (стр.18-21) №10 «2009г»
3. В.Н.Витер «Фруктовая батарейка». Журнал «Химия и химики» (стр.134-137) №8 «2009г».
4. Карл, Снайдер (1998). «Необычная химия обычных вещей» (3-е издание).
(стр.258-271). Нью-Йорк: издательство Джон Уайлс энд Санс.
5. http: www. seed.com/popup.aspx?id=11414
13