Рассказать друзьям
Физика 20 февраля 2013

Фруктовые батарейки

Введение

Моя работа посвящена необычным источникам энергии.
В интернете я прочитал о том, что индийские ученые работают над созданием необычных батареек для несложной бытовой техники с низким потреблением энергии. Внутри этих батареек должна быть паста из переработанных бананов и апельсиновых корок. Одновременное действие четырех таких батареек позволяет запустить стенные часы, а для ручных часов хватит одной такой батарейки.
Еще я узнал, что компания Sоnу на научном конгрессе в США представила батарейку, работающую на фруктовом соке. Если «заправить» такую батарейку 8 мл сока, то она сможет проработать в течение одного часа. Применяться новинка может в плеерах, мобильных телефонах.
А группа ученых из Великобритании создала компьютер, источником питания для которого является картошка. За основу был взят старый компьютер с маломощным процессором Iпtе1 386. В него вместо жесткого диска поставили карту памяти на 2 мегабайта. Питается это устройство 12 картофелинами, которые меняются каждые 12 дней.
Я задумался над вопросом, зачем люди тратят время на создание «фруктовых» батареек, ведь уже создано большое разнообразие  батареек, аккумуляторов и других элементов питания. Ответ показался мне очевидным. Мы очень часто покупаем элементы питания для игрушек, часов, фонариков, телефонов. На это тратятся денежные средства. Возможно, что можно заменить дорогие гальванические элементы самодельными фруктовыми и овощными батарейками, тогда будет экономия.
Если верить интернет-источникам, то когда у меня дома отключат электричество, я смогу некоторое время освещать его при помощи лимонов.
Я решил проверить лично, возможно такое или нет.
В данном проекте мною была исследована возможность получения источников питания из фруктов и овощей.
Я поставил перед собой следующие задачи:
1. Создать фруктовые и овощные батарейки.
2. Экспериментально определить  напряжение  таких батареек.
3. Выяснить, от чего зависят электрические свойства таких батареек.
4. Постараться зажечь лампочку с помощью фруктовой батарейки.


Эксперимент по созданию батареек

Для создания фруктовых батареек мне понадобились:
- Фрукты и овощи
- Медная проволока
- Канцелярские скрепки
- Мультиметр – прибор для измерения силы тока и напряжения
Воткнем в лимон скрепку, а к ней подсоединим проволоку. Еще одну проволоку просто воткнем в лимон. Свободные концы проводов соединим с мультиметром. Он регистрирует напряжение 0,49 В. Значит лимон может выполнять роль источника тока.
Затем я провел опыты с киви, бананом, картофелем, грушей, помидором, огурцом, луковицей, яблоком. Эти фрукты и овощи также могут «работать» как батарейки.

Результаты измерений напряжения я занес в таблицу.

Измерения показали, что самое высокое напряжение дает груша, самое низкое – киви. Удивительно, что лимонная батарейка слабее других источников (кроме киви), хотя в сети Internet в основном рассматривается именно лимон как сырье для источников питания.
От чего же зависят электрические свойства «фруктовых батареек»?  Видимо, чтобы это выяснить, я должен узнать, как они работают.


Как работает батарейка

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. Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Для подтверждения своей теории Вольта  создал нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком. Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает напряжение. 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.
Когда цинковый винт контактирует с лимонной кислотой, начинаются две химические реакции. Одна реакция – окисление: кислота начинает забирать атомы цинка с поверхности винта. Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая атому положительный заряд.

Заряженные атомы цинка – ионы цинка, остаются в лимоне: в темной области около винта через некоторое время.

Другая реакция – восстановление, в ней задействованы положительно заряженные атомы водорода – ионы водорода в лимонной кислоте около винта.

Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием водорода, который можно увидеть в виде пузырьков около винта.
Ионы водорода называют окислителями, потому что они отнимают электроны цинка.

Обе реакции продолжаются до тех пор, пока цинковый винт находится в лимоне, и на нем остается цинк. 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 цинковым электродами нет связи. Когда между электродами устанавливается электрическая связь (провод), то медь притягивает электроны из винта и возвращает их через цепь.
Движение электронов по цепи – электрический ток. Условно было принято за направление движение электронов: ток от отрицательного полюса батарейки или электрического элемента к положительному. Поэтому цинк (источник элетронов) – отрицательный полюс в лимонной батарейке, а медь – положительный.
Напряжение лимонной батарейки вызывается разницей между способностью цинка и меди отдавать электроны. Электрический ток, выдаваемый батарейкой, среди всего прочего, зависит от количества электронов, спускаемых химической реакцией.


От чего зависят электрические свойства «фруктовых» батареек

Итак, выяснив принцип работы батареек, я прихожу к выводу, что необходимым условием работы батарейки является присутствие  ионов водорода в овощном и фруктовом соке. Я узнал ( www.wikipedia.org ), что мерой активности ионов водорода в растворе является его кислотность. Значит, на электрические характеристики созданных мною батареек влияет кислотность овощей и фруктов. Поэтому я исследовал зависимость силы тока, даваемой моими источниками от кислотности продукта.
Кислотность я определял с помощью лакмусового индикатора со шкалой. Силу тока измерял мультиметром. Результаты измерений приведены ниже.

Результаты показывают:
1. Фруктовые батарейки дают очень слабый ток в цепи
2. Значение силы тока зависит от кислотности продукта. Чем больше кислотность, тем больше сила тока.
3. При одинаковой кислотности значения сил тока различаются, значит сила тока зависит еще от каких-то факторов.

Таким образом, я бы порекомендовал в качестве батарейки в непредвиденной ситуации использовать лук репчатый.


Практическое использование батареек

Но будет ли гореть лампочка, если питать ее от фруктового источника? 
Я взял лампочку на  3,5 В и 0,26 А. В качестве источника взял картофель, как наиболее доступный овощ. Одна картофелина дает напряжение порядка 0,5 В. От одной лампочка не загорится. Но я прочитал, что если соединить несколько фруктовых батареек последовательно, это увеличит напряжение пропорционально количеству взятых фруктов. Поэтому в нашем случае мне необходимо как минимум семь картофелин.
Лампочка не загорелась. Не загорелась она и при большем количестве картошин. Это вполне объяснимо, ведь токи в такой цепи очень слабые и недостаточны.
Заменим лампочку на светодиод (1,5 В).
Экспериментируя с разным количеством картошин, я добился, чтобы он загорелся. Картошин было семь.


Мне также удалось заставить работать  электронные часы, которые используют в качестве батарейки лимоны. Это очень остроумно, можно сделать кому-нибудь подарок и удивить.


В дальнейшем я также планирую выяснить, сколько лимонов потребуется для работы калькулятора.


Выводы

Работа, которой я занимался, показалась мне очень интересной. Я смог ответить на все интересовавшие меня вопросы.
Так, проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о возможности создания источников питания из фруктов и овощей.
Такие батарейки могут использоваться для работы приборов с низким потреблением энергии.
Из использованных фруктов и овощей лучшими источниками электрического тока являются лимон, картофель, лук репчатый.
Я убедился в том, что физика наука экспериментальная. Я учился делать наблюдения, выдвигать гипотезы, проводить эксперимент, делать выводы. Я научился определять напряжение  внутри «вкусной» батарейки и силу тока создаваемую ею.
Мне очень понравилось ставить эксперименты самому. Оценивать получившийся результат. Я заметил, что не всегда эксперимент удается, хотя теоретически так должно быть. Например, мне не удалось зажечь лампочку на 3,5 В, поэтому буду пробовать еще, пока не добьюсь результата.
А вообще, порой и не представляешь, сколько интересного происходит вокруг тебя. Нужно только оглянуться, обратить внимание, а затем провести исследование и ответить на интересующие вопросы.


Список литературы

1. Энциклопедический словарь юного физика. -М.: Педагогика, 1991г
2. Энциклопедии «История открытий» серии «Росмэн»
3. http://www.wikipedia.org
4. http://dev.planetseed.com/ru/node/28491
5. http://chemistry-chemists.com/Video/Fruit-battery.html
6. http://lemonlife.ru/kreativ_iz_limonov/batarejka_iz_limona
7. http://gadgetforgeek.com.ua/sdelat-gadget-svoimi-rukami-fruktovye-chasy
8. http://obozrevatel.com
9. Карл Снайдер. Необычная химия обычных вещей (3-е изд.), 1998


Выполнил:
Сироткин Георгий
Ученик 8 «В» класса

Руководитель:
Сугробова Наталья Викторовна,
учитель первой категории

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
средняя образовательная  школа №128

Г. Нижний Новгород

Презентация: http://static.livescience.ru/batteries/presentation.pdf

Комментарии ( 14 )
  • Морозов Никита 21 февраля 2013, 14:07
    Наталья Сугробова,   вопрос конечно хотелось бы адресовать не Вам, а Сироткину Георгию.В работе вы пользуйтесь мультиметром, причем поясняете, что это прибор для измерения напряжения и тока (так то он еще много что может измерять). Так все же какой ток удается получить фруктовыми и овощными батарейками? Поясню свой вопрос: данные измерения позволят получить емкостную характеристику батареек (количество мА/ч), что является главным параметром в оценке пригодности их использования.
  • Сироткин Георгий 23 марта 2013, 09:31
    Морозов Никита,   речь идет о токе, который способна отдавать батарея. Например, если емкостная характеристика 2А*ч, то это означает, что данная батарея способна поддерживать ток силой 2 А в течение 1 часа или ток 1 А в течение 2 часов и т.д.
  • Морозов Никита 28 марта 2013, 22:56
    Сироткин Георгий, я про это и спрашиваю...Сколько Ач выдают ваши батарейки? А то ток то вы не измеряли не то что во временной период, а даже одномоментно. А как я уже говорил, без этой характеристики нельзя судить о пригодности любого источника питания.
  • Татьяна 5 апреля 2013, 13:46
    Наталья Сугробова,   как долго могут работать фруктовые батарейки, и что случится с фруктами после такой нагрузки?...Это именно те вопросы, ради которых можно провести повторное исследование.
  • Химик 19 апреля 2013, 00:01
    А ещё можете продать 5 лимонов и на вырученные деньги купить пять батареек, при этом раскладе ваши электронные часы проработают ещё дольше!
  • леха 5 ноября 2013, 11:57
    Предлагаю сделать совсем ядерную батарею. Берете кастрюлю и льете туда серную кислоту (купите на заправке). Суете туда медный и цинковый электрод. Напряжение будет 1.1В. Емкость - несколько десятков А*ч. Далее стабилизируете напряжение кренкой на 12В, подключаете автомобильный инвертор (купить на той же заправке). Все! У вас 220В.
  • Егор 19 марта 2014, 11:57
    Странные результаты получились у автора. Я с половинки киви снимал 1.14 В. В последовательном соединении 2 половинки киви выдавали 2.26 В. В таком включении работал светодиод.
  • Евгений 25 августа 2014, 10:20
    Можно выжать лимонный сок и налить его в несколько маленьких мерных стаканчиков, в итоге с одного лимона можно будет снять больше чем 1В. Ну или просто-напросто разрезать лимон на 3 части и соединить их.
  • Михаил 14 октября 2014, 15:22
    Как меняются вкусовые качества фруктов, после того, как они отдали энергию?
  • михуил 15 октября 2014, 09:59
    Михаил, не знаю. По идее, туда соли меди попадают. Лучше не ешь!
  • Виталий 21 августа 2015, 07:56
    Если проводки от медной монеты и цинкового шурупа закоротить на кусочке фольги, на которой лежит, например, кусочек ваты с одной стороны смоченой спиртом, а рядом с ватой кинуть сено или мелкий хворост, то можно в любой сложной ситуации, в лесу или подобное, разжечь огонь. При этом не нужно искать сухие ветки для того что бы пол часа их тереть между собой, или гранитные камни чтобы добыть искру. Нужна картошка (луп репчатый) медный и цинковый электрод, кусочек провода, кусочек тонкой фольги и аптечку.
    Лично мне, на рыбалке, пришлось так делать, когда ливнем залило спички, а в зажигалке кончился газ (не проследили перед отправкой). Хорошо что были на машине (водитель строителем работает), в которой нашлись необходимые ингредиенты и 100гр бензина.
    Такой вариант требует времени и мозгов, имеет смысл применения, когда других вариантов нет, но в запасе его лучше иметь.
  • il--ya 22 февраля 2016, 14:42
    "Хорошо что были на машине (водитель строителем работает)"
    Виталий, в машине есть аккумулятор, зачем огород городить? Да и прикуриватель часто есть, безопасный и надёжный. smile
  • il--ya 22 февраля 2016, 14:54
    "При одинаковой кислотности значения сил тока различаются, значит сила тока зависит еще от каких-то факторов."

    Сила тока зависит от площади поверхности электродов, погружённой в электролит, их чистоты, и от температуры. А напряжение зависит от расстояния между электродами - чем оно больше, тем больше будет падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника.
  • Софья 5 декабря 2016, 14:24
    Автор, хотелось бы узнать сколько по времени может работать фруктовая батарейка(без разницы состоит она из одного фрукта или целая цепь фруктов)Хотябы примерно
Ваш комментарий
 
Кому:
Ваше имя:
Ваш e-mail:
Комментарий:
 
  гостевые комментарии проверяются модератором