Лабораторная работа-исследование “Овощные электрические цепи”

Лабораторная работа-исследование
“Овощные электрические цепи”
Исследовательская цель работы:

изучить особенности
протекания электрического
тока в проводниках из овощей,
а также продемонстрировать
возможность изготовления
источников тока на основе
овощей и фруктов.
Оборудование:
1.набор “овощных
проводников”;
2. набор для изготовления
источников тока (лимоны,
соленые огурцы, медные и
цинковые проволочки);
3.раствор поваренной соли;
4.вольтметр;
5. микроамперметр;
6 светодиод;
7. коммутационная плата;
8.источник постоянного тока;
9.шприц;
10 секундомер.
Правила техники безопасности при проведении
лабораторных работ с использованием источников
тока и электроизмерительных приборов







1. Источники тока относятся к приборам повышенной опасности;
2. При выполнении лабораторных работ учащиеся включают
источники питания только под наблюдением учителя;
3. Категорически запрещается замыкать клеммы полюсов источника
тока друг на друга: это может привести к его возгоранию;
4. Все переключения и коммутации в электрических цепях можно
осуществлять только при отключенном источнике тока;
5. Запрещается включать без нагрузки выпрямители тока;
6. При обнаружении неисправности в работе электрических
устройств необходимо немедленно прекратить работу и отключить
источник электропитания;
7. При выполнении лабораторных работ следует использовать только
стандартизованное оборудование из школьного набора по
электричеству.
Основные этапы выполнения работы:
1. Собрать электрическую цепь, состоящую из свежих овощей (огурцы,
помидоры, кабачки), источника постоянного напряжения, вольтметра и
миллиамперметра.
 2. С помощью шприца поочередно вводить в объем овоща раствор
поваренной соли, измеряя при этом силу тока в цепи.
 3. Провести сравнительный анализ изменения силы тока без солевого
раствора, и при его введении в объем овоща.
 4. После пропускания тока через овощ в течение 2 – 3 минут, замкнуть овощ
“на себя” посредством микроамперметра.
 5. Измерив время убывания “обратного” тока, оценить скорость диффузии
ионов Na+ и Сl- в овоще.
 6. Изучить характеристики источников тока, изготовленных на основе
лимона и соленых огурцов.
 7. Изучить вольт-амперную характеристику цепи, полностью составленную
из соленых и свежих овощей.

Основные
результаты и выводы:
1. Изучена электрическая проводимость овощей при включении их
в цепь постоянного источника тока. Установлена зависимость
величины тока от концентрации ионов раствора поваренной соли,
вводимого в объем овощного проводника. Например, при
подключении к источнику тока свежего огурца, сила тока за время t
=2,5 мин
уменьшается от начального значения Io =1,24 mA
до значения I =1,08 mA. Этот результат свидетельствует о том,
что за время наблюдения концентрация носителей заряда в
овощном проводнике существенно убывает. Однако, если в объем
огурца ввести с помощью шприца несколько миллилитров раствора
поваренной соли, то наблюдается существенное возрастание силы
тока.
2. В режиме реального времени изучено
изменение силы тока в цепи после введения в
объем овоща концентрированного соляного
раствора. Нелинейный характер изменения силы
тока можно трактовать как результат вынужденной
диффузии ионов Na+ и Cl – во внешнем поле.
Результаты измерений зависимости силы тока от времени после
введения раствора соли (одна из серий измерений):
I,mA
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
2,05
4
6,02 8,15 10,2 15,4 20,05 23,3
t, мин+сек
3. Обнаружен эффект “обратного тока”. При отключении
внешнего источника и замыкании овощного проводника на
микроамперметр, прибор показывает изменение направления
тока на противоположное. Этот опыт наглядно демонстрирует
явление диффузии в овоще, и позволяет получить оценку
скорости диффузии ионов Na+ и Cl – при отсутствии внешнего
электрического поля.
Результаты измерений зависимости силы “обратного
тока” от времени
80
70
60
I, мкА
Полное время уменьшения
«обратного тока» до нуля
составило примерно 3,5
часа. Отсюда, зная длину
огурца L=20 см, нетрудно
получить оценку скорости
диффузии ионов: V~15 мкм/с
50
40
30
20
10
0
0
7,5
14
28
52
t, мин
78
108
130
210
4. Изучены характеристики источников тока, изготовленных на
основе лимона и соленого огурца. Изучено соединение “овощных
источников” в батареи. Установлено, что при параллельном
соединении двух одинаковых “овощных источников” наблюдается
существенное увеличение силы тока в цепи. Этот результат
полностью согласуется с аналогичным результатом в случае
параллельного соединения обычных источников тока.

Результаты измерений зависимости силы
тока от времени для цепи, элементами
которой являются: источник – соленый
огурец, проводники – свежий огурец и
цепь из свежих помидоров (одна из
серий измерений):
7
6
5
I, мкА
5 Измерены характеристики
электрической цепи,
полностью состоящей из
овощей: источник – соленый
огурец (или лимон),
проводники – свежий огурец,
кабачок и помидоры. Как
показали наблюдения, сила
тока в цепи с течением
времени достаточно быстро
убывает. Это свидетельствует
об уменьшении концентрации
положительных и
отрицательных ионов в цепи
источника и, следовательно,
уменьшении его
электродвижущей силы.
Некоторой стабилизации тока
удалось достичь только
посредством инъекций
раствора поваренной соли в
цепь источника.
4
3
2
1
0
0
0,5
1,05
2,1
3,15
t, мин+сек
4,1
5,1
5,5
6,3
Дополнительное (домашнее) задание учащимся:



1.Используя поисковые системы интернета, попытаться найти
альтернативные способы создания электрических цепей, содержащих
неметаллические проводники.
2. Используя интернет, изучить другие возможные способы оценки
скорости диффузии ионов в органических средах.
3. Изучить возможности создания источников тока на основе фруктов
(кроме лимона).