129
реклама
Управление образования Верхнесалдинского городского округа Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 2 с углубленным изучением физики, математики, русского языка и литературы» Исследовательская работа «Гальванический элемент в условиях школьной лаборатории» Исполнитель: Бородин Павел 9м класса школы №2 Руководитель: Сытова Н.Л.,учитель химии высшей квалификационной категории город Верхняя Салда 2015 год Цель Изучение возможности преобразования химической энергии в электрическую при работе самодельного гальванического элемента. Задачи •Проанализировать различные источники информации по данной теме; •Собрать различные гальванические элементы в домашних условиях и условиях школьной лаборатории; •Исследовать влияние различных факторов на эффективность и величину ЭДС гальванических элементов. Классификация основных видов химических источников тока ХИТ Топливные элементы Первичные Вторичные Гальванический элемент — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Луиджи Гальвани Алессандро Вольта Характеристики гальванических элементов: • Ёмкость – это количество электричества, которое источник тока отдает при разряде. • Энергия, которую он может отдать во внешнюю цепь. • Сохраняемость – это срок хранения элемента • Электродвижущая сила (ЭДС) – сила, которая перемещает электроны по внешней цепи элемента. Принцип действия гальванического элемента Схема гальванического элемента Даниэля-Якоби Исследование влияния материала электродов и электролита на эдс гальванического элемента Цель: Исследование изменения напряжения (ЭДС) самодельного гальванического элемента при использовании различных электродов и электролитов. Поиск наиболее оптимального варианта для гальванического элемента в домашних условиях и условиях школьной лаборатории. Выводы: •Наибольшее значение ЭДС показал гальванический элемент при использовании цинкового и серебряного электродов, но так как серебро дорогой металл, то данный гальванический элемент не подходит мне по доступности; •Колу, как электролит можно использовать, но она при попадании на приборы оставляет сладкие и липкие следы, что не совсем удобно при использовании; •Алюминиевый и медный электроды должны были по теории дать самое большое значение ЭДС, результат получился меньше, так помешала оксидная пленка на поверхности алюминиевого электрода, при дальнейшей работе ее необходимо убирать; •Оптимальным вариантом для сборки гальванического элемента я выбрал электролиты – поваренная соль (10% раствор), лимонная кислота (5% раствор); •Однако не один из собранных мной гальванических элементов не обеспечил при подключении работу часов и светодиода; следовательно, возникла необходимость собрать несколько гальванических элементов в одну цепь. Изготовление гальванического элемента, способного обеспечить работу настенных часов Цель: Сборка цепи гальванических элементов, для создания достаточного напряжения для работы настенных часов. Схема сборки цепи гальванических элементов Полученное напряжение при подключении собранной цепи Подключение часов к цепи из гальванических элементов Выводы: •Из гальванических элементов для увеличения напряжения возможно собрать цепь, но значение ЭДС этой цепи не будет равно суммарной ЭДС каждого элемента (значение ниже суммы); •При сборе такой цепи надо учитывать, что при уменьшении площади электродов не смотря на увеличение напряжения, сила тока очень мала, и работать от такого источника могут не все приборы; •Возникла необходимость собрать гальванический элемент, используя электроды с большой площадью. Изготовление гальванического элемента, способного обеспечить работу светодиода Цель: Сборка цепи гальванических элементов, для создания достаточного напряжения и силы тока для работы светодиода. Схема сборки цепи гальванических элементов Цепь гальванических элементов для Работа светодиода от цепи достижения необходимой величины гальванических элементов силы тока. Вывод: При сборке цепи гальванических элементов достигается повышение напряжения, но такие цепи не эффективны для работы, поскольку потребители электрического тока требуют повышенное значение силы тока. А для этого необходимо учитывать площадь электродов. Сравнение теоретической и практической эдс гальванического элемента при использовании различных электродов и концентрации электролитов Цель: Сравнение практического и теоретического значение ЭДС гальванического элемента при использовании различных электродов и концентраций электролитов. Гальванический элемент Даниэля – Якоби Материал электрода, его полярность ЭДС Ео, В Теоретич. Практич. Погрешность Cu Zn 0,337 -0,763 1.1 1,07 0,03 Cu Fe 0,337 -0,440 0,777 0,640 0,137 Zn Fe -0,763 -0,440 0,323 0,300 0,023 Cu Al 0,337 -1,700 2,037 1.380 0,657 Уравнение Нернста: Е = Е0 + (0,059/n) lg C Электроды Электролит Концентрация, М Zn Cu Zn Cu Zn Cu Zn Cu ZnSO4 CuSO4 ZnSO4 CuSO4 ZnSO4 CuSO4 ZnSO4 CuSO4 1 1 0.01 1 1 0.01 0.01 0.01 ЭДС элемента рассчитанная измеренная 1,1 1,07 1,1885 1,08 1,0115 1,00 1,1 1,07 Выводы: •В реальном гальваническом элементе замеренная ЭДС всегда несколько меньше, чем рассчитанная теоретически; •При уменьшении концентрации на аноде ЭДС увеличивается. Омеднение с помощью самодельного гальванического элемента Цель: Исследование возможности омеднения с помощью самодельного гальванического элемента. Схема гальванопластической установки: 1 — ванна; 2 — анод; 3 — катоды-формы для наращивания меди; 4 — источник питания самодельный гальванический элемент Гальванопластическая установка в действии Алюминиевая пластинка после омеднения Форма после омеднения Выводы: • Цепь гальванических элементов, собранных из электродов с большой площадью дает достаточно напряжения и силы тока для гальванопластики. • Для омеднения алюминия требуется меньше времени, чем для омеднения формы, покрытой графитовым лаком В ходе своей работы я достиг поставленной перед собой цели, для этого решил намеченные задачи, и моя гипотеза подтвердилась. В условиях школьной лаборатории и домашних условиях, возможно собрать эффективный гальванический элемент и исследовать влияние различных факторов на значение ЭДС. При работе с источниками информации по данной теме я пришел к выводу, что не вся информация подтверждается на практике. Для работы с гальваническими элементами в школьной лаборатории необходимо иметь большой запас металлических пластин-электродов, желательно разных размеров. Для исследования значения ЭДС нужен чувствительный вольтметр, простой школьный лабораторный вольтметр для этих целей не подходит. Перспективным направлением данного исследования представляется создание гальванического элемента на работе микроорганизмов.
