Исследовательская работа "Вкусные батарейки"

Вкусные батарейки

Выполнил работу: ЯнцевГерман Валерьевич

Новосибирская область, город Искитим

МБОУ-СОШ №14 г.Искитима

Руководитель: Сивурова Татьяна

Владимировна

Введение 3

Батарейка 4

Чем опасна использованная батарейка? 6

Анализ статей 8

Практическая часть 8

Выводы 12

Литература 13

Мы не представляем своей жизни без приборов, которые работают за счет электрической энергии. Самыми миниатюрными и часто используемыми являются конечно батарейки.

Однажды в торговом центре я обратил внимание на автоматы, в которые люди складывали, нерабочие гальванические элементы. И я задумался, а какой вред несут использованные батарейки? И можно ли их заменить экологически чистыми источниками тока?

И я решил заняться изучением этих вопросов.

Цель работы: самостоятельно изготовить источники постоянного электрического тока в бытовых условиях из овощей и фруктов.

Задачи работы:

1. Изучить информацию о принципе работы батарейки.

2. Найти информацию о влиянии использованных батарее на окружающую среду

3. Изучить ста тьи об а льте рна тивных источника х эне ргии

4. Сконструирова ть источники тока , используя поте нциа л овоще й и фруктов.

5. Выявить экспе риме нта льным путе м за висимость силы тока  и на пряже ния от физиче ских и а гра рных ха ра кте ристик.

Ме сто иссле дова ния:

ка бине т физики МБОУ-СОШ №14 г.Искитима 

Гипотеза: из доступных фруктов и овоще й можно сде ла ть источник тока  и использова ть его в ка че стве  источника эле ктроэне ргии.

Пре дме т иссле дова ния: получе ние  эле ктриче ского тока  с помощью са моде льных источников тока , используя доступные  овощи и фрукты

Объе кт иссле дова ния: са моде льные  источники тока  из овоще й и фруктов

Ба та ре йка - это химиче ский источник тока . Они быва ют ра зной формы и ра зме ров, ра зных видов: соле вые , ще лочные , ртутные , се ре бряные , литие вые . Одни изготовле ны для однора зового использова ния, другие  можно пе ре за ряжа ть. И ка жда я из них име е т свои плюсы и минусы. Соле вые  са мые  де ше вые , но они быстро ра зряжа ются, их не льзя пе ре за рядить, и выходят из строя при низких те мпе ра тура х. Ще лочные  име ют большую мощность, че м соле вые , и пра ктиче ски не  подве рже ны са мора зрядке . Ртутные  опа сны для здоровья че лове ка , но их можно пе ре за ряжа ть не сколько ра з, и они могут ра бота ть в суровых клима тиче ских условиях. Се ре бряные  ра бота ют при высоких и низких те мпе ра тура х, у них длите льный срок службы, но они оче нь дорогие . Литие вые  обла да ют длите льным сроком службы, ра бота ют при высоких и низких те мпе ра тура х, ка к и се ре бряные  и их можно пе ре за ряжа ть.

Устройство па льчиковой ба та ре йки

В ма га зина х можно увиде ть большое  количе ство ба та ре е к, они ра зличны по не которым принципа м, но схе ма  ра боты у них одна . У любой ба та ре йки е сть положите льный полюс – а нод, отрица те льный полюс - ка тод и эле ктролит. Име нно эти соста вляющие  и являются основными эле ме нта ми ба та ре йки.

Принцип ра боты химиче ского источника  тока .

В источнике  тока  сове рша е тся ра бота  по ра зде ле нию положите льно и отрица те льно за ряже нных ча стиц, которые  на ка плива ются на  полюса х источника .

Га льва ниче ский эле ме нт - это устройство, в котором химиче ска я эне ргия окислительной-восста новите льной ре а кции пре вра ща е тся в эле ктриче скую за  сче т ра зде ле ния проце ссов окисле ния и восста новле ния.

Химиче ские  источники тока  име ют основные  соста вляющие  - эле ктрод, на  котором окисляе тся восста новите ль-а нод, эле ктрод, на  котором восста на влива е тся окислите ль – ка тод и эле ктролит- ра створ, не обходимый для упорядоче ния движе ния эле ктронов. При поме ще нии эле ктродов в эле ктролит возника е т ра зность поте нциа лов. А нод отда е т эле ктроны, ка тод их принима е т. На  пове рхности идут химиче ские  ре а кции. ). В ба та ре йке  эле ктроны движутся в опре де лённом на пра вле нии, созда ва я эле ктриче ский ток.

Ме та ллы по своим химиче ским свойства м являются восста новите лями. Ме та ллы ле гко отда ют ва ле нтные  эле ктроны и пре вра ща ются в положите льно за ряже нные  ионы.

То е сть, для созда ния химиче ского источника  тока  не обходимы эле ктроды из ра зных ме та ллов и ра створ эле ктролита .

Ба та ре йка , да же  отслуживша я свой срок, не  пре дста вляе т опа сности, при условии, что е е  корпус не  повре жде н, и она  хра нится при комна тной те мпе ра туре  и минима льной вла жности. Попа да я же  вме сте  с бытовыми отхода ми на  сва лку, и подве рга ясь возде йствию ра знообра зных а тмосфе рных фа кторов, ба та ре йка  на чина е т ржа ве ть и ра зруша ться под возде йствие м коррозии. Е е  корпус те ряе т ге рме тичность, соде ржимое  получа е т доступ во во вне шнюю сре ду, отра вляя е е , и е е  обита те ле й.

Что происходит с ба та ре йкой на  сва лке ?

Ще лочь и тяже лые  ме та ллы из ра зрушивше йся ба та ре йки пре дста вляют опа сность для окружа юще й сре ды. Поступа я вна ча ле  в почву, токсичные  ве ще ства  достига ют грунтовых вод, откуда  попа да ют в водое мы, в том числе  и те , из которых ве де тся за бор водопроводной воды. Химиче скому за грязне нию подве рга ются зе мли и произра ста ющие  на  них ра сте ния, в том числе  и многочисле нные  пище вые  культуры; мясо и молоко се льскохозяйстве нных животных, па сущихся на  за ра же нных па стбища х, тоже  ста новятся опа сным. Опа сна  не  только па ссивна я коррозия, в ре зульта те  которой ба та ре йки за грязняют почву и воду; не ре дко сва лки подве рга ются

са мовозгора нию, и на ходящие ся в мусоре  ба та ре йки, на гре ва ясь, выде ляют в а тмосфе ру диоксины, за ра жа я е ще  и воздух. Диоксины в де сятки тысяч ра з ядовите е  циа нида  и являются причиной ра ковых за боле ва ний и за боле ва ний ре продуктивной систе мы.

В че м опа сность соде ржимого ба та ре йки?

На ибольшую опа сность пре дста вляют соде ржа щие ся в ба та ре йка х тяже лые  ме та ллы, пре жде  все го ртуть.

 Ртуть - сильне йший яд, относящийся к пе рвому кла ссу опа сности. На ка плива ясь в тка нях все х орга нов, вызыва е т не рвные  ра сстройства  и ра сстройства  двига те льного а ппа ра та , за боле ва ния дыха те льной систе мы, ухудша е т зре ние  и слух, приводит к повре жде нию головного мозга  и не рвной систе мы в це лом, ра зрушите льно де йствуе т на  почки и пе че нь. Особо опа сна  для де те й. Она  ма ссово использова ла сь до 2001 года .

Не  ме ньшую угрозу пре дста вляют и другие  тяжёлые  ме та ллы: ка дмий, свине ц.

Свинец - на ка плива е тся в почка х и вызыва е т сильне йшие  ра сстройства  не рвной систе мы и за боле ва ния мозга .

Кадмий - на ка плива е тся в почка х, пе че ни, костях и щитовидной же ле зе . Приводит к возникнове нию ра ковых за боле ва ний. В на стояще е  вре мя во все м мире  посте пе нно идёт за ме на  е ще  доста точно ра спростра нённых и нике ль-ка дмие вых а ккумуляторов на  боле е  продвинутые  и бе зопа сные  с экологиче ской точки зре ния нике ль-ме та лл-гидридные  и литий-ионные . В них больше  эле ктриче ска я ёмкость и количе ство циклов за рядки-ра зрядки. Но и они ра но или поздно выходят их строя и тре буют утилиза ции.

Токсичное  возде йствие  тяже лых ме та ллов на  орга низм не  проявляе тся одномоме нтно, получе нные  с водой и пище й микродозы отра вляюще го ве ще ства  на ка плива ются в орга низме  на  протяже нии многих ле т, ока зыва я ра зруша юще е  влияние .

Изучив да нный ма те риа л о вре де  ба та ре е к, я за дума лся, а  можно ли их за ме нить на  боле е  экологиче ски чистые . Я на ше л ста тьи в журна ла х: Эне ргия «из ниче го» // журна л «Юный эрудит №10, 2009 год» и В.Н. Вине р «Фруктова я ба та ре йка » // журна л «Химия и Химики, №8, 2009 год». В да нных ста тьях описыва лся опыт с лимона ми, а  име нно а вторы ста тьи пре дла га ют взять лимон и два  эле ктрода  (ме дный и цинковый), а  та кже  мультиме тр. Ока за лось, что е сли вста вить эти эле ктроды в лимон, то вольтме тр пока же т на пряже ние  порядка  одного вольта , а  е сли взять три лимона , то горит све тодиод. В ста тье  В.Н. Вине р «Фруктова я ба та ре йка » // журна л «Химия и Химики, №8, 2009 год» описыва е тся та кже  да нный опыт, но та м говориться, что можно построить ба та ре йку и из других овоще й и фруктов.

Изучив да нные  статьи, я ре шил са мостояте льно прове рить да нные  опыты и прове рить их де йствие  на  эле ктронных ча са х.

Ита к, для созда ния «вкусной» ба та ре йки я взял те  фрукты и овощи, которые  на иболе е  популярны ока за лись при прове де нии подобных ра бот.:

• лимон, яблоко, ка ртофе ль, огурец, гре йпфрут;

• ме дна я пла стина – это буде т на ш положите льный полюс;

• цинкова я пла стина  – для созда ния отрица те льного полюса ;

• провода , за жимы;

• мультиметр;

• светодиод;

• эле ктронные  ча сы

Большинство фруктов соде ржит в свое м соста ве  сла бые  ра створы кислот. Потому я пе рвым де лом прове рил их на  урове нь кислотности.

Пре жде  все го, я подготовил ме дную и цинковую пла стины. За те м вста вил в овощ или фрукт и получа е тся «ба та ре йка ». Эле ктроды ра спола га л на  одина ковом ра сстоянии друг от друга  (1 см).

Ре зульта ты экспе риме нта  я за не с в та блицу.

Я ре шил иссле дова ть, ка к за висит на пряже ние  от ра сстояния ме жду эле ктрода ми. Для этого овощи и фрукты, изме нял ра сстояние  ме жду пла стинка ми уве личил до 3 см и изме рял на пряже ние . Результа ты экспе риме нта  за не с в та блицу.

Вывод: на пряже ние  ме жду эле ктрода ми уме ньшилось с увеличением ра сстояния ме жду ними.

Я ре шил изме рить на пряже ние  спустя 3 дня. Ре зульта ты изме ре нного на пряже ния на  ба та ре йка х за не с в та блицу:

Вывод: посте пе нно на пряже ние  на  все х «вкусных» ба та ре йка х уме ньша е тся. Вытаскивая пла стины из овоще й и фруктов, я обра тил внима ние  на  то, что они сильно окислились. Это зна чит, что кислота  вступа ла  в ре а кцию с ними. За  сче т этой химиче ской ре а кции и проте ка л оче нь сла бый эле ктриче ский ток.

За те м я ре шил собра ть ба та ре йку, используя одновре ме нно не сколько фруктов. Вот, что получилось.

1. О пыт ба та ре йка  из 4 лимонов

Т ок та кой ба та ре йки 0,32 А  и на пряже ние  3,76 В. От та кой ба та ре йки горит све тодиод.

Ба та ре йка  из ка ртофе ля, лимона , яблока  и огурца  выда е т на пряже ние  3,68 В, а  е сли за ме нить яблоко гре йпфруктом, то на пряже ние  буде т3,53 В.

Эле ктронные  ча сы ра бота ют от огурца  и яблока , от двух лимонов, а  та кже  от 4 ка ртофе лин.

Проа на лизирова в иссле дова ния, можно сде ла ть выводы:

используя природный поте нциа л све жих фруктов и овоще й, можно созда ть батарейку.

Получе нные  источники тока  можно использова ть для приборов с низким потре бле ние м эне ргии.

В ходе  иссле дова те льской ра боты я:

• Познакомился с устройством ба та ре йки и принципом е е  де йствия.

• Узнал, что ба та ре йки на до пра вильно утилизирова ть.

• Изготовил овощные  и фруктовые  ба та ре йки, прове рил их де йствие .

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Типора зме ры_га льва ниче ских_эле ме нтов

2. http://cgon.rospotrebnadzor.ru/content/62/1040/

3. Эне ргия «из ниче го» // журна л «Юный эрудит №10, 2009 год»

4. В.Н. Вине р «Фруктова я ба та ре йка » // журна л «Химия и Химики, №8, 2009 год»

1^ https://ru.wikipedia.org/wiki/Типоразмеры_гальванических_элементов

2^ http://cgon.rospotrebnadzor.ru/content/62/1040/