Необычное электричество Кабакович Максим
Земляне
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Новолядинская средняя общеобразовательная школа
Необычное электричество
Кабакович Максим Владимирович
обучающийся 10класса
Руководитель: Вахрушева
Татьяна Борисовна,
учитель физики
Новая Ляда
2011 г
Содержание
Введение-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------3
1.Источники электрического
тока-----------------------------------------------------------------3
1.1 Традиционные источники электрического
тока---------------------------------3
1.2 Нетрадиционные источники электрического
тока----------------------------6
2 Получение необычного источника тока
--------------------------------------------
8
Заключение
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
10
Список литературы
--------------------------------------------------------------------------------------------11
Приложения
--------------------------------------------------------------------------------------------------
¬¬¬
12
Введение
Актуальность темы
Современная жизнь просто немыслима без электричества – только
представьте существование человечества без современной бытовой
техники, аудио- и видеоаппаратуры, вечера со свечой и лучиной. Процесс
получения и транспортировки электроэнергии трудоемок и дорогостоящ.
Для выработки электричества необходимо топливо, а оно когда-нибудь
закончится: и нефть, и уголь, и даже уран. Выход может быть в создании
вечного термоядерного реактора, а получится ли его создать,
неизвестно. На что человечеству надеяться? Можно на возобновляемые
ресурсы - солнце, ветер, воду. Но оказывается, и, помимо их, в
окружающей среде полно источников почти дармового тока.
Исходя из этого мной выбрана следующая тема исследования «Необычное
электричество».
Целью моей работы является выявление различных способов получения
электроэнергии и экспериментальное подтверждение некоторых из них.
В начале исследования мной была выдвинута следующая гипотеза: если
электростанции получают электрический ток используя природные
ресурсы, то возможно ли получение тока с помощью других необычных
источников тока.
Задачи исследования:
1. Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об ис-
точниках электрического тока.
2. Ознакомиться с ходом работы по получению необычного источника тока.
3. Получить необычные источники тока.
Методы исследования: анализ научной и учебной литературы, материалов
сети Internet по выбранной теме, физический эксперимент.
Моя работа проводилась в МОУ Новолядинская СОШ в период с 11.01.11 по
2.03.11.
1. Источники электрического тока
1.1 Традиционные источники электрического тока
Прежде чем электрический ток попадет к нам в дом, он пройдет боль-
шой путь от места получения тока до места его потребления. Ток
вырабатывается на электростанциях. Электростанция – электрическая
станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры,
используемых непосредственно для производства электрической энергии, а
также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на
определённой территории. В зависимости от источника энергии различают
тепловые электростанции, гидроэлектрические станции,
гидроаккумулирующие электростанции, атомные электростанции, а также
приливные электростанции, ветроэлектростанции, геотермические
электростанции [1]. Ниже я рассмотрю некоторые виды электростанций.
Гидроэлектростанции
Люди издавна задумывались над тем, как заставить работать реки.
Уже в древности – в Египте, Китае, Индии – водяные мельницы для помола
зерна появились задолго до ветряных – в государстве Урарту (на
территории нынешней Армении), но были известны ещё в XIII в. до н. э.
[1]
Одними из первых электростанций были гидроэлектростанции. Строи-лись
эти электростанции на горных реках где довольно сильное течение.
Строительство ГЭС позволило сделать судоходными многие реки, так как
строение плотин поднимало уровень воды и затапливало речные пороги,
которые препятствовали свободному прохождению речных судов.
Теплоэлектростанции
На тепловых электростанциях источником энергии служит топливо: уголь
газ нефть, мазут, горючие сланцы.
Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть
энергии теряется вместе с выбросами горячего пара.
С экологической точки зрения ТЭС является наиболее загрязняющей.
Деятельность тепловых электростанций неотъемлемо связана со сжиганием
огромного количества кислорода и образованием углекислого газа и
окислов других химических элементов. В соединении с молекулами воды
они образуют кислоты, которые в виде кислотных дождей падают нам на
головы. Не будем забывать и о "парниковом эффекте" - его влияние на
изменение климата наблюдается уже сейчас! [5]
Атомная электростанция
Запасы источников энергии ограничены. По разным подсчетам, залежей
угля в России при существующем уровне его добычи осталось на 400-500
лет, а газа и того меньше - на 30-60. И здесь на первое место выходит
ядерная энергетика.
Всё большую роль в энергетике начинают играть атомные электростан-ции.
В настоящее время АЭС нашей страны дают около 15,7% электроэнергии.
Атомная электростанция - основа энергетики использующей ядерную
энергию для целей электрификации и теплофикации. [7]
Ветряные электростанции
Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и
ураганы, человек задумался над тем, нельзя ли использовать энергию
ветра. Энергия ветра очень велика. Эту энергию можно получать, не
загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных
недостатка: энергия сильно рассеяна в пространстве и ветер не
предсказуем – часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых
ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что
ломает ветряки.
Для получения энергии ветра применяют самые разные конструкции: от
многолопастной «ромашки» и винтов вроде самолётных пропеллеров с
тремя, двумя и даже одной лопастью до вертикальных роторов. Верти-
кальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого
направления; остальным приходится разворачиваться по ветру.
Солнечные электростанции
В тепловом балансе Земли солнечное излучение играет решающую роль.
Мощность излучения, падающего на Землю, определяет предельную
мощность, которую можно выработать на Земле без существенного наруше-
ния теплового баланса. Интенсивность солнечного излучения и
продолжительность солнечного сияния в южных районах страны дают
возможность с помощью солнечных батарей получить достаточно высокую
температуру рабочего тела для его использования в тепловых
установках. [5]
1.2 Нетрадиционные источники электрического тока
Кроме традиционных источников тока существует множество нетрадиционных
источников. Оказывается, электричество можно практически получать из
всего, что угодно.
Из погоды
Эта идея пришла в голову американскому инженеру Энтони Мамо, когда он
рассматривал карты погоды и увидел на них буквы «Н» и «В». Точно такие
же мы видим по телевизору во время прогноза погоды. Буквами обозначены
зоны низкого (Н) и высокого (В) давления. Инженер поднял архивы
наблюдений и выяснил: в одних районах США давление, как правило,
повышенное, а в других - пониженное. Так почему бы не соединить их
трубой? Ведь тогда воздух из В-области будет дуть в Н-область и
крутить турбину.
Увы, изобретатель умер. Но успел получить патент и создать фирму под
названием «Холодная энергия», которая ныне реализует его идею - тянет
трубу в штате Аризона. И планирует поставлять народу электричество по
цене (на наши деньги) меньше копейки за киловатт-час. [8]
Из живых деревьев
Каким образом дерево вырабатывает электроэнергию, никто толком
объяснить не может. Но эффект есть.
«Убедиться просто, - говорит изобретатель Гордон Уодл. - Воткните
алюминиевый стержень через кору в ствол живого дерева. А в почву рядом
- медную трубку. Так, чтобы она вошла примерно на 20 сантиметров.
Подсоедините вольтметр. Стрелка покажет, что между стержнем в стволе и
зарытой трубкой есть потенциал - 0,8 - 1,2 вольта постоянного тока».
Вот эти вольты и намерена выкачивать специально созданная фирма MagCap
Engineering из Массачусетса (США). Инженеры уверены, что через
несколько лет мы будем тянуть провода к ближайшим деревьям в парках и
лесах, чтобы напитать дома электричеством. Конечно, не все так просто.
Уодл создал хитрое устройство, которое фильтрует «деревянный» ток и по-
вышает выходное напряжение. Его прототип уже дает 2 вольта. А в
ближайшее время энтузиасты обещают 12 при силе тока в 1 ампер с
каждого дерева. Но и это не предел. Оказывается, несколько
воткнутых гвоздей повышают выход энергии. А размер электрического
«зеленого друга» значения не имеет. Напряжение почему-то повышается
и зимой, когда листья сброшены. [10]
Из телерадиоэфира
Возможно, деревья черпают энергию из радиоволн. Ведь они несут не
только информацию, но и энергию, которая пока пропадает даром.
С бесхозностью эфира взялась бороться гавайская компания Ambient
Micro. Но без деревьев, а путем создания магнитных антенн и
сопутствующих узлов, которые преобразовывают в постоянный ток
пробегающие мимо радиосигналы. Конечно, речь идет о мизерной мощности
в доли ватта. Но и такая пригодится для питания разнообразных
электронных устройств, приборов, датчиков. Вместо нынешних батареек и
аккумуляторов. [7]
Сейчас компания работает над аппаратом, который будет утилизировать
всеэфирное «вторсырье» одновременно: любой свет, радиоволны, шум,
вибрацию и перепады температур. Прототип уже готов.
Из грязи
Еще один удивительный микроорганизм нашли Чарльз Милликен и Га-рольд
Мэй из медицинского университета Южной Каролины - так называемую
десульфитобактерию. Она вырабатывает электричество, питаясь любой
грязью - вплоть до ядовитой и нефтяной. Охотно ест и мусор. Даже если
просто воткнуть в грязь с бактериями один электрод, а другой
разместить в воде, появится электричество, которого хватит для работы
компьютера.
«Пока у этих микроорганизмов есть пища, они способны поставлять
энергию 24 часа в сутки 7 дней в неделю, - говорит доктор Милликен».
А такой «пищи» у человечества неисчерпаемые и возобновляемые запасы.
Есть и другие предметы, которые на первый взгляд не имеют никакого
отношения к электричеству, однако могут служить источником тока, но об
этом в следующем параграфе.
2. Получение необычного источника тока
Изучив литературу, я узнал, что электроэнергию можно получить из
некоторых фруктов и овощей. Электрический ток можно получить из
лимона, яблок и, самое интересное, из обычного картофеля. Я провел
опыты с этими плодами и действительно получил ток. Рассмотрим эти
опыты.
Для проведения опыта нам понадобится: несколько средних картофелин
(около 10), медные провода, стальные или оцинкованные гвоздики (можно
пластинки из набора по электричеству) и мультиметр.
Первым делом зачищаю каждый медный провод с обоих концов (снимаем
изоляцию), к одному из концов провода прикручиваю гвоздь. Вставляем
оцинкованный гвоздь в плод, втыкаем рядом с ним медный провод
(убедитесь, что они не касаются друг друга, а то будет короткое
замыкание). Таким образом, собираем аккумулятор из нескольких
картофелин, последовательно их соединяя. После этого измеряем
напряжение в цепи с помощью мультиметра. В моем опыте мультиметр
показал 7,82В. (Приложение 1)
Аналогично можно получить электроэнергию из лимона (Приложение 2) и
яблок (Приложение 3), если вы используете цитрус, попытайтесь воткнуть
гвоздь и проводок в одну и ту же дольку.
Почему же вырабатывается ток в плодах? Попробуем разобраться в этом на
примере лимона.
Если воткнуть в плод два гвоздя из разных металлов, произойдет
химическая реакция. Если цинк сможет отпустить от себя свои ионы, это
позволит высвободить энергию, но также и потерять электроны. Если цинк
подключен к меди в электрической цепи, электроны начнут двигаться по
этой цепи и нейтрализуют ионы меди в лимоне. Этот процесс освобождает
энергию, которая и преобразуется в электрическую. [11]
Таким образом, можно создать аккумулятор (или элемент аккумулятора),
который работает на том же принципе, что и тот, который можно купить в
магазине. В покупных используют различные металлы, там гораздо лучше
оптимизированы конструкция и технология и меньше фруктов, но они
работают по тому же принципу.
Как ионы меди существуют в лимоне?
Их там будет конечно очень мало, но большинство появится после
окисления медной пленки, что освободит все ионы меди, находящиеся в
ней.
Почему такой небольшой ток?
Для получения тока большой силы, обе химических реакции должны
произойти быстро, так что чем больше площадь поверхности и больше
реагентов в растворе, тем быстрее будет протекать реакция. В плодах
очень низка концентрация ионов меди, поэтому реакция идет медленно,
ограничивая силу производимого тока.
Другой ограничивающий фактор заключается в том, что ионам трудно
перемещаться внутри фрукта и поэтому нужно время чтобы вокруг цинка со-
брались положительно заряженные ионы, а вокруг меди - отрицательные.
Если подождать немного, поток ионов преодолеет фрукт и всё будет ОК.
Итак, после проведения опытов, я узнал, что электрический ток можно
получить из фруктовых плодов и картофеля. Каждый фрукт вырабатывает
разный по силе и напряжению электрический ток. Это можно видеть на
диаграммах (Приложение 4).
Как видим, самая большая сила тока в лимоне. Но так как мы
живем в том климате, где лимоны не растут, да и яблоки не в
достаточном количестве, то можно получать ток из картофеля, которого у
нас вполне достаточно (это на будущее, когда электроэнергия будет
очень дорогой).
Конечно, остаток можно продать как пищевой продукт, но в те времена,
когда электроэнергия станет очень дорогой, картофель вполне можно
будет использовать как источник электрического тока.
Заключение
Для достижения цели моей работы решены все поставленные
задачи исследования.
Анализ научной и учебной литературы позволил сделать вывод о том, что
вокруг нас очень много предметов, которые могут служить источниками
электрического тока.
Я узнал много интересного о традиционных источниках тока - различного
рода электростанциях, с помощью опыта показал, что можно получить
электроэнергию из некоторых плодов, конечно это небольшой ток, но сам
факт его наличия дает надежду, что в последующем такие источники
можно будет использовать в своих целях (зарядить MP3-плейер, мобильный
телефон и др.).
Мою работу можно будет продолжить: найти другие необычные источ-ники
тока.
Список литературы
1. Большая Советская Энциклопедия – электронный вариант.
2. Горев Л. А. Занимательные опыты по физике. М., Просвещение, 1994
3. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.. Физика 8 кл.: М., Дрофа, 2008.
4. Теплоэнергетика и её проблемы, журнал «Физика в школе» 1981. - №
5. - С. 12 – 14
5. Энциклопедия Кирилла и Мефодия – электронный вариант.
6. http://scienceblog.ru/
7. http://webua.net/windpw/wt100.htm
8. http://www.abok.ru/for_spec
9. http://www.cyinvest.ru/ubscribe/subscribe_ru
10. http://www.membrana.ru/
11. http://www.newscientisttech.com
12. http://www.rushydro.ru/news