III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПО СЛЕДАМ ВЕЛИКИХ ОТКРЫТИЙ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СОЗДАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ТОКА).
Петрова Д.С.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

В современном мире даже маленькие дети знают, что для работ многих бытовых приборов необходимы источники энергии. Часы, игрушки, фонарики, калькуляторы, телефоны и многие другие устройства могут функционировать, если в них установлены элементы питания. Эти элементы мы часто называем батарейками, не задумываясь об их устройстве и принципе работы. При этом в настоящее время существует огромное количество различных элементов питания, отличающиеся друг от друга не только размерами, но и устройством.

Между тем, батарейки являются химическими устройствами.

Это определяет актуальность обращения к экспериментам по созданию гальванических источников тока.

Цель работы: изучить принцип работы источников тока.

Для достижения цели мы поставили перед собой следующие задачи:

  • Найти информацию о работе источников тока

  • Представить свои варианты источников тока

Методы исследования:

  • Изучение и анализ литературы по изучению истории создания источников тока.

  • Наблюдение

  • Эксперименты по созданию гальванических источников тока

  • Анализ полученных результатов

Глава 1. Из истории открытия гальванического элемента. 1.1. Электричество древнего мира

Современную жизнь невозможно представить без электричества и тепла. Материальный комфорт, который окружает нас сегодня, накрепко связан с изобретением электричества и использованием энергии. С древних времен люди нуждались в силе, точнее в двигателях, которые давали бы им силу большую человеческой, для того, чтобы строить дома, заниматься земледелием, осваивать новые территории.

Казалось бы, открытие элементов питания какую-то сотню лет тому назад считается само собой разумеющимся, как и практически полная зависимость современного общества от данного явления. Однако, подобное утверждение несколько противоречит действительности - молнии, явления магнетизма и статического электричества было известно еще во времена Древнего Рима и Греции.

Существуют научные доказательства того, что в I веке до нашей эры. Одна из древних культур не только использовала электрическую энергию, но и нашла пути ее генерирования. Открытие электричества было сделано римлянами, греками и китайцами.

Остатки древних гальванических элементов были найдены после Второй мировой войны при проведении раскопок в Ираке. Существует предложение, что в качестве электролита шумеры использовали лимонную или же уксусную кислоту. Древняя аккумуляторная батарея по утверждениям ученых давала напряжение от 0,25 до 0,5 Вольта. Если в древнем мире существовали аккумуляторные батареи, не исключено, что существовали электрические приборы.

Египтяне использовали производимое скатами электричество для лечения головной боли и нервных расстройств. Такая методика лечения довольно надолго укрепилась в человеческом мировоззрении и использовалась впредь до конца 1600-х годов. Электрический скат может производить порядка 200 Вольт, что в разы больше напряжения Багдадской батарейки.

Кайзеру удалось найти подтверждение целебной силы электрического тока от 0,8 до 1,4 Вольт - это приблизительно тот же диапазон, который могла вырабатывать батарея, найденная в Багдаде. Более того, вблизи упомянутой батареи были найдены ритуальные приметы и амулеты, которые, как известно, широко применялись в древнем мире в качестве медицинских инструментов.

Инженер Вальтер Харн выдвинул предположение, что египетские жрецы использовали генераторы похожие на устройства Ван-де-Граафа, в которые электрические разряды поступали по определенной ленте, накапливаясь в области, которая заряжалась и постоянно находились под напряжением. Устройства такого плана могли получать напряжение в несколько сотен тысяч Вольт.

В пирамидах Древнего Египта ученые нашли сосуды, напоминающие аккумуляторы. В 1937 году во время раскопок под Багдадом немецкий археолог Вильгельм Кениг обнаружил глиняные кувшины, внутри которых находились цилиндры из меди. Эти цилиндры были закреплены на дне глиняных сосудов слоем смолы.

Впервые явления, которые сегодня называют электрическими, были замечены в древнем Китае, Индии, а позднее в древней Греции. Древнегреческий философ Фалес Милетский в VI веке до нашей эры отмечал способность янтаря, натертого мехом или шерстью, притягивать обрывки бумаги, пушинки и другие легкие тела. От греческого названия янтаря – «электрон» – это явление стали называть электризацией.

Сегодня нам уже будет нетрудно разгадать «тайну» янтаря, натертого шерстью. В самом деле, почему янтарь электризуется? Оказывается, при трении шерсти о янтарь на его поверхности появляется избыток электронов, и возникает отрицательный электрический заряд. Мы как бы «отбираем» электроны у атомов шерсти и переносим их па поверхность янтаря. Электрическое поле, созданное этими электронами, притягивает бумагу. Если вместо янтаря взять стекло, то здесь наблюдается другая картина. Натирая стекло шелком, мы «снимаем» о его поверхности электроны. В результате на стекле оказывается недостаток электронов, и оно заряжается положительно. Впоследствии, чтобы различать эти заряды, их стали условно обозначать знаками, дошедшими до наших дней, минус и плюс.

Земля скрывает много интересного. Часто удается найти удивительные артефакты, происходящие и предназначение которых вызывает целый ряд вопросов, и иногда оказывается, что вещи, созданные человеком, казалось бы, так недавно, уже были знакомы человечеству много веков тому назад. Время стирает границы, однако не делает невозможным использование того, что вливается в жизнь и создается другими. Некоторым людям намного проще верить и придерживаться традиционного, сложившегося в обществе мнения о происхождении той или иной вещи. Но как быть с теми предметами и археологическими открытиями, природа которых не поддается столь примитивному анализу? История происхождения электричества - яркий пример сложившихся противоречий.

1.2. Открытия Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта

Следовательно, электрический ток использовали почти за две тысячи лет до открытий Луиджи Гальвани (1737—1798) и Алессандро Вольта (1745—1827). А ведь именно эти ученые считаются изобретателями электрической батарейки.

Середина XVIII века была отмечена всеобщим увлечением электрическими опытами со статическим электричеством. Электризацией пробовали не только выводить цыплят, но и лечить людей. Действие электрического тока на человеческий организм изучали многие учёные того времени. Одним из них был итальянский физиолог и анатом, профессор медицины Болонского университета Луиджи Гальвани(1737 – 1798). Луиджи Гальвани был первым, кто начал исследовать биоэлектричество. В 1780 году Луиджи проводил эксперименты над телами мертвых лягушке. Он пропустил через их мышцы электрический ток, и лапки дернулись, мышцы начали сокращаться. Это был первый шаг на пути изучения сигналов нервной системы.

Эстафету исследований принял у Гальвани его соотечественник – физик и химик Алессандро Вольта (1745 - 1827). Алессандро Вольта проверил свою гипотезу и выяснил, что действительно, живые клетки способны вырабатывать электричество, а значит биоэлектричество существует, живые клетки являются источником тока. Гипотеза Вольта, что мышцы сокращаются только в следствии внешнего электричества, когда касаются металлическими предметами имеющим статический заряд, была им же и опровергнута. Дальнейшие исследования Алессандро Вольта привели его к созданию гальванической батареи, в которых используются электрохимические явления подобные тем, что происходят в живых клетках.

В результате исследований Вольта обнаружил, что каждая клетка имеет свой клеточный потенциал, что биоэлектричество имеет те же самые химические основы, что и электрохимические ячейки, дающие разность потенциалов. Алессандро Вольта проявил уважение к своему коллеги и ввел термин гальванизм, чтобы подчеркнуть заслугу Луиджи Гальвани в открытии биоэлектричества. Однако, Вольта возражал, против некого особого электричества в виде животной электрической жидкости, и был прав. Наградой стало создание химических источников тока – гальванических элементов. Алессандро Вольта первый построил химические батареи, состоящие из многих гальванических элементов. Такие батареи носили название вольтов столб, из многих элементов собирался источник со значением ЭДС более 100 Вольт, что позволило проводить дальнейшее изучение явлений электричества.

1.3. Опыты русского физика Василия Владимировича Петрова

Изобретение Вольта привлекло внимание многих ученых всего мира. Во многих лабораториях началось настоящее состязание физиков – кто построит самую мощную гальваническую батарею? Начиная опыты из 17 пластинок, количество элементов постоянно увеличивалось. Так русский физик Василий Владимирович Петров (1761 – 1834) создал гальваническую батарею, состоящую из 4200 медных и цинковых пластин. Кружки укладывались в ящик горизонтально и разделялись бумажками пластинами, пропитанными нашатырем. Батарея Петрова была описана им в его книге («Известия о Гальвани-Вольтовых опытах», вышедшей в России в 1803году).

Первые шаги в изучении электрического тока относились к его химическим действиям. Уже в том же году, в котором Вольта изобрел гальваническую батарею, было открыто свойство электрического тока разлагать воду, вслед за этим было произведено разложение электрическим током растворов некоторых солей. В 1807 году английский химик Дэви путем электролиза расплавов едких щелочей открыл новые элементы: калий и натрий.

1.4. Опыты немецких ученых Иоганна Риттера, Николы Готро и англичанина Уильяма Волластон

Так в 1801 г. немецкий ученый Иоганн Риттер, а чуть позже француз Никола Готро и англичанин Уильям Волластон предложили химическую теорию электричества. Согласно этой теории источником электродвижущей силы в элементе служит химическое взаимодействие металлов с жидкостью, в которую они погружены.

Считается, что эксперименты Риттера положили начало научной электрохимии. До этого говорили об «электричестве от соприкосновения» без какой-либо связи с химическими явлениями. Исходя из наличия такой связи, Риттер открыл «вторичную» электродвижущую силу на электродах, погруженных в воду и подключенных к вольтову столбу. Риттер заметил, что если в течение некоторого времени пропускать ток через проводники, погруженные в заполненную водой трубу, а потом отключать их от полюсов столба и присоединить к регистрирующему прибору, то получится электрический ток, текущий в обратном направлении. Такие «вторичные столбы» не представляли практического интереса до тех пор, пока в 1859 году Гастон Планте не изобрел хорошо известный многим свинцовый аккумулятор, основанный на этом принципе.

1.5. От первого источника тока до современной батарейки

Самым первым гальваническим элементом был вольтов столб, о котором уже рассказывалось ранее. Позже стали появляться другие, но все они имели серьезный недостаток. Первые гальванические элементы вырабатывали ток только несколько минут, потом их приходилось отключать от нагрузки, чтоб они «отдохнули». Кратковременная работа источников тока создавала серьезные препятствия для использования в промышленности. Поэтому основной задачей многих экспериментов стало увеличение времени работы гальванических источников тока. Изобретателей химических источников тока было много, и, патентуя свое изобретение, каждый дал ему свое имя.

В начале 30-х годов IХ века англичане Кемп и Уильям Стрерджен обнаружили, что цинковый электрод, покрытый амальгамой цинка (соединение цинка с ртутью), работает как и обычный цинк, но не реагирует с кислотой, когда электоцепь не замкнута. Это было большим достижением. Важно отметить, что также как в IIX веке почти каждый любознательный человек сооружал электрические машины, чтобы трением добавить таинственное электричество, теперь каждый исследователь считал личным долгом дать человечеству новый гальванический элемент.

Так как же устроена современная батарейка? Современная электрическая батарейка – очень полезная вещь. Многие игрушки работают от батареек, и это очень удобно, не нужно включать их в розетку, путаться в длинных проводах. Батарейки дают нашим полезным вещам независимость и самостоятельность. Батарейка создает электрический ток: крутятся колеса у машины, ходят часы, играет магнитофон. А батарейка «садится». Что значит «садится»? Такое слово используют, чтобы показать, что батарейка расходует свою энергию. Так человек, когда начинает уставать, стремиться куда-нибудь присесть. Когда всю энергию батарейка истратит, то перестанет работать, больше не сможет создавать электрический ток. Что же с ней происходит?

1.6. Устройство пальчиковой батарейки

Рассмотрим пальчиковую батарейку. Ее так назвали, потому что она похожа на пальчик. Внутри у нее - два цилиндра, вставленные один в другой. Между цилиндрами - специальный раствор или паста. От одного цилиндра к другому течет электрический ток. Например, от одного цилиндра по проводу ток идет в моторчик машинки, крутит колеса, и дольше по проводу подходит к другому цилиндру. Электрический ток в проводах - это движение электронов, а в растворе между цилиндрами - это движение ионов. Все самое интересное происходит на этих цилиндрах, где движение электронов превращается в движение ионов.

Цилиндрики сделаны из разных веществ. Один из них сделан из металла. Например, цинка. В металле много электронов гуляет свободно. Это значит, что атомы металла превратились в ионы. Ионы в несколько тысяч раз тяжелее электронов, их трудно сдвинуть с места, и в электрическом токе в самом металле они не участвуют. Ток по металлам переносится электронами. А в батарейке этот металл одним боком мокнет в растворе. В результате часть ионов из металла попадает в раствор. И в металле остаются «лишние» свободные электроны. Общий заряд электронов становится больше, чем у ионов. Такой беспорядок в природе долго существовать не может. Электроны отправляются на поиски положительных ионов. Но через раствор-то они пройти не могут, у них один путь - через провода, через моторчик, покрутив колёса, электроны попадают на другой цилиндрик батарейки. А второй цилиндрик батарейки сделан из другого вещества. Это такое вещество (например, соединение марганца с кислородом), которое охотно выхватывает ионы из раствора, и с помощью электронов, пришедших по проводам, образует с ними какое-то новое вещество, соединяя электроны с ионами и со своими атомами.

Вот так и поддерживается электрический ток. Один цилиндрбатарейки отдаёт положительные ионы в раствор, а электроны в провода, а другой хватает ионы из раствора, а электроны из проводов и соединяет их в новое вещество. И по мере работы батарейки портятся оба цилиндра и раствор между ними. А когда окончательно испортятся, то и говорят, что батарейка «села». Самое сложное в создании батареек - это подобрать материал для цилиндриков и раствора между ними. Обычно это редкие металлы. Поэтому во многих странах "севшие" батарейки не выкидывают в общий мусор, а собирают и на специальных заводах восстанавливают материалы, из которых они были сделаны, чтобы использовать их ещё раз.

Что же такое электричество?

Для начала нужно определить, что такое электрический ток. Это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля. Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. При движении заряженных частиц образуется энергия. Для того чтобы преобразовать эту энергию в электрическую необходим источник тока. В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника. В процессе этой работы происходит превращение механической энергии в электрическую, иначе говоря, электричество.

Глава 2. Экспериментальные задания по изготовлению самодельных гальванических элементов

Невозможно представить наш мир без электричества. Вдруг что-то произойдет, и электричество просто исчезнет. Жизнь просто остановится.

В настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на энергоносители, в том числе и на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешевых источников энергии имеет актуальное значение. Перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии. В данной работе нами была осуществлена попытка создания альтернативных источников электрического тока. Мы решили попробовать создать различные источники питания, которыми можно будет воспользоваться при отключении электричества. Чтобы создать источники питания в домашних условиях мы нашли несколько способов получения электричества и попытались их повторить.

Опыт№1 Батарейка из монет

Первым нашим источником питания был всем известный Вольтов столб. Мы попытались создать модель известного итальянского физика А. Вольта.

Необходимые приборы и материалы:

Монеты

БлюдцеНожницыСкотч (Изолента)Шесть медных монет

Тёплая солёная вода

Два проводаКусачки (Нож)Алюминиевая фольгаБумажная салфетки

Ход работы

  1. Очистить чистящим средством монеты.

  2. Обвести на фольге и салфетке 6 кружков и вырезать их.

  3. Осторожно зачистить концы проводки кусачками или ножом.

  4. Закрутить жилки.

  5. Прикрепить один провод к монете изолентой (скотчем), а другой – к кружку фольги.

  6. Погрузить бумажный кружок в тёплый соленый раствор.

  7. Положить провод с кружком фольги в блюдце. На него наложить мокрый бумажный кружок, сверху положить монету. Наложить ещё несколько слоёв из фольги, влажной бумаги и монет. Сверху положить монету с проводом.

Лампочка загорелась, это произошло при соединении меди, алюминия и соли. После чего произошло окисление монет. Лампочка горела целые сутки. Бумажный кружок содержит соленый раствор, а разнородные металлы образуют гальванический элемент.

Опыт№2 Батарейка из овощей и фруктов

Необходимые приборы и материалы:

Две металлические пластинки из меди и цинка размером 2x10 см.

Яблоко, лимон, морковь ,картофель, свекла, лук репчатый, огурец соленый.

Ход работы

  1. В яблоко с противоположных сторон воткнем две пластины

  2. Один провод от амперметра прикрепляем к цинковой пластине, а другой к медной. На шкале прибора появляются значения 40 миллиампер.

Основная часть любого радиоприбора, дающая ему «жизнь», - источник питания. Большинство фруктов содержит в своем составе слабые растворы кислот. Именно поэтому их можно легко превратить в простейший гальванический элемент. Достаточно вставить в помидор, лимон или яблоко два электрода — медный и цинковый с заранее подпаянными проводками, чтобы получить «батарейку».

В качестве рабочих электродов были использованы: цинковый и медный.

  • Первый эксперимент был проведен над яблоком. Напряжение на электродах 40 миллиампер. В качестве электродов использовались цинковый и медный электрод.

  • Далее использовали картофель, лимон и те же электроды. Напряжение на электродах с лимоном – 50 миллиампер, на электродах с картофелем – 40 миллиампер.

Мы постарались от нашей цепи зажечь обычную лампочку накаливания, но лампочка так и не загорелась из-за маленькой силы тока в цепи. Однако после полученных результатов возникает вопрос: где же в жизни можно применять это свойство овощей и фруктов?

Можно зажечь лампочку, для этого достаточно напряжение 3 Вольт, что соответствует 4 картофелинам или 4 лимонам.

Но, проведя опыт, она не загорелась, так как не хватило силы тока. Заменив, лампочку светодиодом получили долгожданный результат: он загорелся.

К этой батарейке можно подключить и калькулятор. Для этого достаточно 2 картофелины. Лимоны вырабатывали ток 1,5 часа

Также мы провели еще несколько подобных опытов, взяв элементы, которые можно легко найти у каждого человека.

Мы взяли морковь, которая вырабатывала ток 30 минут в соединении с цинком и медью. Еще мы соединили морковь со сталью и цинком, в таком сочетании морковь вырабатывала ток 10 минут.

Еще у нас был проведен эксперимент с яблоком в соединении с цинком и медью. Яблоко вырабатывало ток 30 минут, а со сталью и цинком всего 5 минут.

При соединении с медью и цинком свекла вырабатывала ток 48 минут. И всего 20 минут со сталью и цинком.

Также нами был проведен опыт с луком, где лук в соединении стали и цинка вырабатывал ток 10 минут, а в соединении меди и цинка - 55 минут.

В ходе проведения эксперимента мы обратили внимание, что при замыкании цепи усиливался аромат фруктов. Когда «электроды» из фруктов извлекались, аромат уменьшался. Таким образом, на силу аромата, по нашему мнению, влияют окислительные реакции, происходящие при замыкании цепи.

В мире известны случаи применения таких источников питания. В Индии создали батарейку на пасте из фруктов и овощей. В Австралии в 2003 году запущена электросиловая установка на ореховой скорлупе.

Наименованье исследуемого продукта

Значение силы тока (мА)

Цинк-сталь

Цинк-медь

Медь-алюминий

Медь-сталь

1. Картофель

10

100

90

100

2. Свекла

20

100

40

100

3. Морковь

10

80

40

60

4. Яблоко

0,2

80

60

100

5. Лук репчатый

10

90

50

100

6. Огурец соленый

0,2

70

100

100

Данное явление объясняется тем, что растворы минеральных солей в овощах и фруктах, и электроды из разнородных металлов образуют гальванический элемент.

Из приведенной таблицы видно, что наибольшая величина электрического тока (100 мА) наблюдается в луке, огурце, картофеле, свекле при сочетании медь и стали. Затем, по мере убывания значения силы тока идет яблоко (0,2 мА) и огурец соленый (0,2 мА) в сочетании цинка и меди.

Опыт №3 Самодельный аккумулятор

Необходимые приборы и материалы:

Медная и алюминиевая фольга

Лист бумаги

Прозрачный скотч

Сосуд

Ход работы

Теперь мы изготовим достаточно простое устройство,а точнее источник питания - самодельный аккумулятор напряжения. Как известно, два разных металла погруженные в раствор электролита, способны в себе накапливать электрический ток. В качестве электродов было решено использовать медную и алюминиевую фольгу (на наш взгляд, они самые доступные).

Фольга одинакового размера, только алюминиевая фольга чуть длиннее, заворачиваем провод, затем зажимаем при помощи плоскогубцев.

Далее обе фольги были завернуты в лист бумаги. Недопустимо касание металлов друг к другу, между ними ограждением служит лист бумаги. Затем фольги нужно взять вместе и завернуть в кружок и обмотать прозрачным скотчем.

Изготовленный сверток нужно поместить в сосуд. После этого берем 50 мл воды и разбавляем в нее 10 - 20 граммов соли. Раствор хорошенько перемешиваем и подогреваем до тех пор, пока вся соль не расплавится.

После расплавления соли раствор заливаем в сосуд, где у нас готовая заготовка для нашего самодельного аккумулятора. После заливки ждем несколько минут, и измеряем напряжение на проводах аккумулятора.

Полярность аккумулятора, медная фольга - плюс, алюминиевая соответственно минус. Нужно зарядить наш аккумулятор. Заряжать можно от любого источника постоянного тока с напряжением 2-3 Вольт, зарядка длится полчаса. После зарядки опять измеряем напряжение.

Максимальный ток такого самодельного аккумулятора может достигать до 350 миллиампер. Можно изготовить несколько таких аккумуляторов и использовать, как резервный источник питания скажем для светодиодной панели или фонаря. Для повышения мощности аккумулятора можно использовать фольгу больших размеров, но конечно такой аккумулятор будет держать заряд не очень долго, поскольку на меди образуется оксид, а во время процесса алюминиевая фольга начинает поддаваться коррозии и постепенно разделится на мелкие кусочки.

Опыт №4 Батарейка из кофе

Еще одним нашим опытам была батарейка из кофе, которая впервые была создана дизайнерами из Вены. Эта установка состояла из старых алюминиевых баночек, кофейной смеси, медных полосок и соленой воды.

Необходимые приборы и материалы:

Часы, как испытательный прибор

Соль

Молотый кофе

Провода (совершенно любые)

Медные и алюминиевые пластины

Стакан

Ход работы

  1. В стакан кладем медную и алюминиевую пластины. Пластины не должны соприкасаться друг с другом, поэтому между ними устанавливаем кофейную гущу.

  2. К пластинам подсоединяем провода. Затем берем воду с несколькими ложками соли, где соль полностью растворилась. Наливаем этот раствор в стакан с пластинами и кофе.

Такая батарейка производит достаточно энергии для электромеханических кварцевых часов.

Опыт №5 Соляная батарейка

Необходимые приборы и материалы:

Кювета

Медный и цинковый электроды

Насыщенный раствор поваренной соли

Вольтметр

Ключ

Соединительные провода

Ход работы

  1. В кювету наливаем раствор поваренной соли.

  2. Погружаем в раствор медный и цинковый электроды.

  3. Соединяем проводами с вольтметром и измеряем напряжение вольтметром.

В итоге напряжение медной и цинковой пластин, погруженных в раствор поваренной соли было 0,5 Вольт. А также произошло окисление пластин. Это произошло при соединении с раствором соли.

Опыт №6 Медно-купоросная батарейка

Также мы провели еще пару опытов подобных сборке гальванического элемента с солью.

Необходимые приборы и материалы:

Кювета

Медный и цинковый электроды

Насыщенный раствор медного купороса

Вольтметр

Ключ

Соединительные провода

Ход работы

  1. В кювету наливаем раствор медного купороса.

  2. Погружаем в раствор медный и цинковый электроды.

  3. Соединяем проводами с вольтметром и измеряем напряжение вольтметром.

Напряжение медной и цинковой пластин с раствором медного купороса оказалось около 0,1 Вольт. Это показывает, что раствор медного купороса практически не может проводить электрический ток.

Опыт №7 Сахарный элемент

Необходимые приборы и материалы:

Кювета

Медный и цинковый электроды

Насыщенный раствор сахара

Вольтметр

Ключ

Соединительные провода

Ход работы

  1. В кювету наливаем раствор сахара.

  2. Погружаем в раствор медный и цинковый электроды.

  3. Соединяем проводами с вольтметром и измеряем напряжение вольтметром.

После проведения опыта напряжение пластин и раствора сахара составляло 0,3 Вольт, что меньше напряжения раствора медного купороса и пластин. Показания вольтметра тоже говорит о том, что у раствора сахара маленькая проводимость электрического тока.

Опыт №8 Содовый гальванический элемент

Необходимые приборы и материалы:

Кювета

Медный и цинковый электроды

Раствор пищевой соды

Вольтметр

Ключ

Соединительные провода

Ход работы

  1. В кювету наливаем раствор соды.

  2. Погружаем в раствор медный и цинковый электроды.

  3. Соединяем проводами с вольтметром и измеряем напряжение вольтметром.

Измерив, напряжение раствора соды получилось равное 0,3 Вольт. Это показывает, что с помощью такого гальванического элемента нельзя зажечь даже простую светодиодную лампочку (если конечно не взять намного больше раствора пищевой соды).

Опыт №9 Сборка гальванического элемента на уксусе

Необходимые приборы и материалы:

Кювета

Медный и цинковый электроды

Уксусная кислота

Вольтметр

Ключ

Соединительные провода

Ход работы

  1. В кювету наливаем раствор соды.

  2. Погружаем в уксусную кислоту медный и цинковый электроды.

  3. Соединяем проводами с вольтметром и измеряем напряжение вольтметром.

После того как мы соединили проводами вольтметр и электроды, погруженные в укус, напряжение на вольтметре показывало 0,4 Вольт, что немного больше напряжения у электродов с раствором пищевой соды.

Опыт №10 Сборка гальванического элемента

Необходимые приборы и материалы:

Кювета

Медный и цинковый электроды

Уксусная кислота и сода

Вольтметр

Ключ

Соединительные провода

Ход работы

  1. В кювету наливаем уксусную кислоту.

  2. Гасим в уксусной кислоте пищевую соду.

  3. В раствор с содой погружаем медный и цинковый электроды.

  4. Соединяем проводами с вольтметром и измеряем напряжение вольтметром.

Когда мы добавили соду в уксусную кислоту, появилась пена. Мы изменили напряжение, и получилось 0,5 Вольт. Это примерно такое же напряжение как у раствора соды и уксусной кислоты.

Опыт №11 Сборка гальванического элемента

Необходимые приборы и материалы:

Кювета

Медный и цинковый электроды

Газировка «Coca-cola»

Вольтметр

Ключ

Соединительные провода

Ход работы

  1. В кювету наливаем раствор соды.

  2. Погружаем в газировку медный и цинковый электроды.

  3. Соединяем проводами с вольтметром и измеряем напряжение вольтметром.

Когда мы погрузили в газировку электроды, она начала пенится, это показывает, что медь и цинк реагируют с газировкой. После мы измерили напряжение вольтметром, вольтметр показывал 0,1 Вольт. Но также мы убедились, что газировка «Coca-cola» проводит электрический ток хоть и имеет не очень большое напряжение.

Опыт №12 Земленая батарейка

Необходимые приборы и материалы:

Большой сосуд (ведро или полиэтиленовый пакет)

Цинковый и медный электрод

Земля

Соляной раствор

Ход работы

  1. Засыпаем землю в сосуд

  2. Втыкаем в землю электроды и поливаем соляным раствором

Напряжение на концах электродов получилось напряжение около 0,5 Вольт. Можно сделать батарею из таких же элементов, напряжение которой хватит, чтобы зарядить мобильный телефон.

Опыт №13 Сборка гальванического элемента

Необходимые приборы и материалы:

Микроамперметр

Медная и цинковая пластины

Проволока или провода

Ход работы

  1. Присоединяем медную и цинковую пластины к микроамперметру

  2. Прикладываем ладони к пластинам

Как только ладони прикоснулись к пластинам, стрелка микроамперметра показала 0,3 Микроампер. Это означает, что на поверхности человека почти всегда присутствует небольшое количество влаги. То есть по существу это электролит.

Заключение

Изучение истории великих открытий позволило нам представить свои варианты экспериментов по созданию гальванических источников тока. В них внутренняя энергия, которая образуется в результате химических реакций, преобразуется в электрическую. Возникнет электрический ток. Носителями зарядов в растворах являются ионы, которые образуются в результате распада молекул.

По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, проходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются.

Этот ряд называется электрохимическим рядом напряжения. В электрохимическом ряду напряжения металлов, стоящих левее, может вытеснить из растворов или расплавов солей, стоящих правее. Например, взаимодействие Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu возможно только в правом направлении.

Пользуясь этим рядом, можно предсказать, как металл будет вести в паре с другим металлом. Из проведенных экспериментов можно сделать вывод, что наиболее доступным и простым гальваническим элементом являются соляная и земляная батарейки.

При проведении экспериментов мы смогли подтвердить, что для создания химического источника тока необходимы две разнородные пластины (электроды) и раствор электролита.

В ходе выполнения экспериментальной части было создано 13 гальванических элементов. Эксперименты доказали, что напряжение источника зависит от:

  1. Концентрации раствора

  2. Расстояния между разнородными пластинами

  3. Площади пластин - электродов

  4. Рода металлов

Зная устройство и принцип работы различных гальванических элементов, их можно успешно использовать на дачах при долгосрочном проживании, при отсутствии электросети, в походных условиях.

Смеем надеяться, что использование наших материалов на уроках или внеурочное время поможет учителям пробудить в своих учениках любовь к физике и интерес к постижению цели.

Библиографический список

1. http://www.electra.com.ua/istoricheskie-fakty/356-elektrichestvo-drevnego-mira.html

2. Учебник физики 9 класс А. В. Перышкин

3. http://botanic.kiev.ua/kak-rabotayut-batarejki/

4.Учебник химии 10-11 класс

5.http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph8/theory.html#.Vs3zrn2LSUk

6. http://class-fizika.narod.ru/8_25.htm

7. http://chem21.info/info/828012/

8. http://jtdigest.narod.ru/dig2_02/plant.htm