Исследование мира и его устройство как получить электричество в походе

(Секция физика)

МОБУ Степановская средняя общеобразовательная школа

Выполнил: Антонов Андрей Владимирович,  учащийся 6 класса МОБУ Степановской сош, Ирбейского р-на, п. Степановка

Научный руководитель: Колосов Михаил Викторович , кандидат технических наук, член Совета молодых ученых СФУ, старший преподаватель кафедры "Тепловые электрические станции" Политехнического института Сибирского Федерального университета, эксперт дистанционной школы

2014  год

Введение ……………………………………………………………………… 4

Глава 1. Электричество, электричество и еще раз электричество ………… 6

1.1. От лягушки к батарейке …………………………………………………. 6

1.2. Вольтов столб ……………………………………………………………. 7

1.3. Изучение электричества ………………………………………………… 8

Глава II. Электричество в походе …………………………………………… 9

2.1. Эксперименты с лимонами ……………………………………………… 9

2.2. Эксперименты с соленой водой ………………………………………… 9

2.3. Эксперименты с картофелем …………………………………………. 10

2.4. Рекомендации туристам ………………………………………………... 12

Заключение ………………………………………………………………… 13 Библиографический список ………………………………………………… 14

Приложение ………………………………………………………………… 15

Аннотация

Работу выполнил: Антонов Андрей Владимирович, пос. Степановка, МОБУ Степановская сош, 6 класс.

По теме: «Как получить электричество в походе?»

Руководитель: Антонова Светлана Николаевна, учитель математики

Научный руководитель: Колосов Михаил Викторович к.т.н, член Совета молодых ученых СФУ, старший преподаватель кафедры "Тепловые электрические станции" Политехнического института Сибирского Федерального университета.

Цель исследовательской работы: создание рекомендаций для туристов по получению электричества в полевых условиях. В работе рассказывается об истории развития и становления электричества, рассматриваются способы получения электричества из подручного материала. Метод проведения исследований: экспериментальный. Основные результаты научного исследования (научные, практические): предложены рекомендации для туристов по получению электричества в полевых условиях.


Введение
В современном мире уже ни кто не может обойтись без электричества, точнее без приборов ее потребляющих. Это и всевозможные бытовые приборы: утюги, чайники, пылесосы, холодильники и т.д., это и теле-радио техника и электроника. А как быть, если отключили электричество в доме или что делать в походе, где нет электричества? Можно ли «добыть» электричество быстро и просто из подручных материалов, способное зажечь лампочку или разжечь костер? Иногда в походе случаются мелкие неприятности, промокли спички, села батарейка в фонарике и т.д.. Поэтому актуальность этой темы очевидна, каждый отправляющийся в поход турист должен уметь находить выход из сложных ситуаций, т.е. уметь получить электричество из подручных материалов.

Цель моей работы, создание рекомендаций для туристов по получению электричества в полевых условиях.

Задачи:

1. Изучение понятия электричество,

2. Получение электричества при помощи лимонов, соленой воды, картофеля,

3. Повышение эффективности данной технологии,

4. Разработка рекомендаций для туристов.

Объект исследования: вещи, которые есть в походе.

Предмет исследования: получение электричества.

Новизна ­исследования заключается в разработке конкретных рекомендаций для туристов, по получению электричества в полевых условиях с использованием подручных средств или предложенного набора инструментов.

Гипотеза: эффективность работы походной «электростанции» зависит от материала, из которого изготовлены пластины, а также от размера этих пластин.

План исследования:

1. 
   изучение литературы,
   
2. 
   анализ изученных материалов,
   
3. 
   подготовка к эксперименту,
   
4. 
   проведение эксперимента,
   
5. 
   проверка зависимости результатов эксперимента от материалов,
   
6. 
   сопоставление результатов экспериментов,
   
7. 
   разработка рекомендаций для туристов.
   

А началось все с Луиджи Гальвани, итальянского ученого, который ввел понятие «животного электричества». В 1771 он начал опыты по изучению мышечного сокращения и вскоре открыл феномен сокращения мышц препарированной лягушки под действием электрического тока. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано открытие сделанное Гальвани. Сами явления, долгое время назывались «гальванизмом». Этот термин применяется и сейчас в названии некоторых аппаратов и процессов. Другой итальянский ученый Алессандро Вольта в 1799 году изобрел первую батарейку, химический источник тока (Вольтов столб). Ее еще называют гальваническим элементом. Вольтов столб позволил вести систематическое изучение электрических токов и находить им практическое применение.

В течение 2—3 лет после создания вольтова столба рядом ученых было создано несколько различных батарей гальванических элементов. Среди разнообразных конструкций вольтова столба особенного внимания заслуживает гальваническая батарея, построенная в 1802 г. В.В. Петровым. Петров работал в одиночку, без помощников. Эта батарея располагалась в четырех ящиках, общей длиной в двенадцать метров. Внутренние стенки ящиков покрыл сургучным лаком. Уложил в них 4200 металлических кружков, проложив между каждой цинково-медной парой бумагу, пропитанную нашатырем. [2, С.128, 129]

По сегодняшним представлениям напряжение его батареи равнялось примерно 1700 В. Она могла давать довольно большой ток и быть опасной. Ведь в ту пору почти не существовало никаких измерительных приборов. В то время распространенные за рубежом гальванические батареи состояли из нескольких десятков или сотен пластин.
1.3. Изучение электричества
Изучению электричества, его свойств и законов, посвятили свои труды многие ученые и изобретатели. Датчанин Х.Эрстед, французы А.Ампер, Ш.Кулон, немцы Г.Ом и Г.Герц, англичане М.Фарадей, Д.Максвел, американцы Б.Франклин, Д.Генри и Т.Эдисон и еще многие другие. В честь некоторых из них названы единицы электрических величин (вольт, ампер, ом, герц и др.). Среди русских ученых занимавшихся изучением электричества были Г.Рихман, Ф.Эпинус, Э.Х.Ленц, В.В.Петров, Б.С.Якоби, П.Шиллинг, Д.А.Лачинов, П.Н.Яблочков (изобрел лампочку) и многие другие. Но изучение электричества не закончены. Появляются новые материалы, приборы, технологии по увеличению эффективности получения и потребления электричества.

В современном мире уже ни кто не может обойтись без электричества, точнее без приборов ее потребляющих. Это и всевозможные бытовые приборы: утюги, чайники, пылесосы, холодильники и т.д., это и теле-радио техника и электроника. А как быть, если отключили электричество или в походе? Можно ли «добыть» электричество быстро и просто из подручных материалов, способное зажечь лампочку?

Возьму несколько лимонов, пластины из разных металлов (латунную и оцинкованную), медные провода (длиной 10 – 20 см), светодиод мощностью 3 В. Для измерения напряжения и силы тока – мультиметр.

Эксперимент 1. Проверяю зависимость напряжения от размера пластин. (Приложения 3, 4)

В лимон вставляю на расстоянии 3 см латунную и оцинкованную пластины, присоединяю медные провода. Мультиметром измеряю напряжение на концах провода. Я провел три эксперимента.

Вывод: С помощью этих экспериментов, я убедился, что напряжение не зависит от размера пластин. Этому я нашел научное подтверждение, что разность потенциалов не зависит от размеров пластин. [5, С. 486]

Эксперимент 2. Проверяю длительность работы светодиода.

Так как из одного лимона получаю напряжение 1,26 В, то для получения 3 В необходимо последовательно соединить 3 лимона. И опять проверяю, зависит ли длительность работы светодиода от величины пластин. (Приложения 5, 6, 7)

Вывод: С помощью этого эксперимента я убедился, что чем больше пластины, тем больше ток. [5, С. 486]

Насыщенный водный раствор поваренной соли является хорошим электролитом, то есть проводником электрического тока.

Для проведения эксперимента необходимо 1 л воды, 0,5 кг поваренной соли, алюминиевая фольга, медные изолированные провода (2 штуки по 10 см), 1 стаканчик (стеклянный или пластмассовый), мультиметр. В 1 литре воды растворить соль, чтобы получился насыщенный раствор (когда соль перестанет растворяться в воде). Надо зачистить провода с одной стороны на 2 см, а с другой – на 1 см. Один конец провода, где больше зачищено, обмотать фольгой. Наполняю стакан раствором, опускаю в стакан провода (один с фольгой, другой зачищенный) и на свободных концах проводов замеряю мультиметром напряжение. Оно равно 0,65 В. (Приложение 8)

Вывод: Чтобы загорелся светодиод, мощностью 3 В, необходимо соединить последовательно 5 стаканов. Но светодиод горит слабо. Добавив шестой стакан с таким же раствором, светодиод загорелся на много ярче. (Приложения 9, 10, 11)

Для этого эксперимента потребуется 1 картофелина, соль, зубная паста, два медных изолированных провода длиной 10 см. Нужно разрезать картофель на две половины. В центре одной из половинок сделать не большое углубление, величиной с чайную ложку. Насыпать в углубление пол чайной ложки соли, туда же выдавить немного зубной пасты. Все это аккуратно перемешать. Концы проводов зачистить на 1 - 2 см. Во второй половине картофелины сделать два прокола, около центра. В эти проколы просунуть провода, так чтобы с разреза была только зачищенная часть. Развести эти концы в разные стороны. Теперь соединяю половинки картофеля. Концы провода оставшегося сверху, тоже надо развести. Через 10 минут будет готова зажигалка. За это время произойдет химическая реакция, и накопиться электричество, достаточное для искры.

Вывод: этот эксперимент дает возможность разжечь костер в походе при отсутствии спичек или зажигалки.

Демонстрацию этого эксперимента можно было посмотреть на телеканале «Россия 2» в передаче «Рейтинг Баженова. Могло быть хуже», от 20.10.2013 г.

Эксперимент 2. Свет из вареного картофеля.

Так как в картофеле содержатся растворенные электролиты - соли и органические кислоты. Их концентрация не очень высока, но нас это вполне устроит. Напряжение, которое можно получить из одного картофеля приблизительно равно 0,3 В. В походе всегда есть картофель и он может пригодиться в трудную минуту и не только на кухне. Израильские ученые предложили использовать вареный картофель для получения электричества. Как утверждают ученые, эффективность возрастает в 5 – 10 раз. Для эксперимента потребуется вареный картофель, термометр для измерения температуры, пластины (оцинкованные и латунные), медные провода длинной 10 – 15 см, мультиметр. Выясним, зависит ли напряжение от температуры картофеля.

Диаграмма 1. Зависимость напряжения от температуры картофеля

1 картофелина, соль, зубная паста, два медных изолированных провода длиной 10 см, кусок сухой бумаги или любой легко воспламеняющийся материал. Приготовить хворост для костра. Далее приготовить «зажигалку» как было описано в опыте. Можно взять синтетические нити, с теплых носков «на теребить», они легче воспламеняются. Обмотать один из концов провода этими нитями. Через 10 минут соединим провода, произойдет разряд – искра, загорятся нити. Теперь аккуратно разжигаем костер.

6 емкостей (стаканчиков, баночек и т.д.) пластмассовых или стеклянных, соль, алюминиевая фольга (подойдет блестящая обертка от шоколадки), медные изолированные провода (5 штук по 10 см, 2 штуки по 20 см), светодиод от зажигалки. Все готово для ночного светильника. Проведем действия, описанные в опыте. К концам проводов присоединяем светодиод. И всю ночь у вас в палатке будет свет.

Желаю вам приятного отдыха!

Заключение
Открытие, сделанное более двух веков назад Алессандро Вольта, дало толчок к новым открытиям и свершениям в области электричества.

Для достижения поставленной цели – написать рекомендации для туристов, по получению электричества в походных условиях из подручных материалов, мне пришлось изучить научно-популярную и учебную литературу. Проделать ряд экспериментов, чтобы сопоставить факты и найти, самый мало затратный способ получения электричества.

Проанализировав изученную литературу и результаты проведенных опытов, я убедился, что напряжение зависит от материала, из которого изготовлены пластины, и не зависит от их размера. В тоже время сила тока зависит от размера пластин. Мне удалось с помощью таких батареек получить электрический ток, способный зажечь светодиодную лампу мощностью 3 В.

На основании проведенных опытов я написал рекомендации для туристов и изготовил буклет «Туристу на заметку: Советы от Андрея». (Приложение 15)

Библиографический список
Книга одного автора

1. Гулиа Н.В. удивительная физика. / Н.В.Гулиа. – М.: ЭНАС, 2012. – 416 с.: ил. – (О чем умолчали учебники).

2. Томилин А.Н. Мир электричества. / А.Н.Томилин. - М.: Дрофа, 2004. – 304 с.: ил.

Книга с указанием редактора и составителя

3. Мир физики. Занимательные рассказы о законах физики. / Сост. Ю.И.Смирнов. – СПб.: ИКФ «МиМ-Экспресс», 1995. – 176 с.

4. Энциклопедический словарь юного физика. / Э61. Сост. В.А.Чуянов. –М.: Педагогика, 1984. – 352 с.: ил.

Книги, переведённые с иностранного языка

5. Эллиот Л., Уилкокс У. Физика. / Л.Эллиот, У.Уилкокс; пер. с англ. Под ред. А.И.Китайгородского. – М.: издательство «Наука», 1967. – 808 с.: ил.