Почему с помощью лимона можно получить электричество. Батарейка из лимона и способ ее изготовления

Многим школьникам на уроках химии, физики или трудов посчастливилось сделать батарейку из лимона. Звучит это странно, ведь все привыкли видеть элементы питания стандартного типа. Но источник энергии из фрукта это что-то необычное!

Как сделать батарейку из лимона?

В действительности соорудить подобную установку можно из любого фрукта. Вся разница будет лишь в напряжение. У лимона есть преимущество, в нем имеется лимонная кислота. Она способна генерировать больший электрический ток.

Вот что потребуется для создания лимонной батарейки:

1. Лимон – 1-2 штуки.
2. Медная проволока в количестве 1 штуки. Для масштабного эксперимента можно взять по больше. Если нет, можно использовать монетку.
3. Цинковая пластина. В ее роли может выступать обычный металлический болт, шуруп или проволока.
4. Мультиметр или тестер для определения напряжения.
5. Светодиод. Он позволит зафиксировать наглядно что ток имеется.

Как видите в основе изготовления этой батареи лежат всего три вещи.

Шаг №1.

Возьмите лимон и немного его помните. Так же при желании можете помыть и протереть. Хотя это не так важно.

Шаг №2.

Поместите на небольшую глубину до 2 см медный проводник и недалеко от него металлический.

Подсоедините к торчащим прутикам провода.

Протестируйте мультиметром сколько данная установка выдает вольт.

В итоге 0,91 вольт!

Соберите вторую лимонную батарейку и соедините их последовательно. Либо воткните еще медный и металлический провод. Затем наискосок соедините их между собой.

Дело в том, что светодиод не будет гореть от одной батарейки, поэтому потребуется вторая.

Таким образом батарейка из лимона стабильно может выдавать электрический ток.

Объяснение: Работа подобного элемента питания основана на взаимодействии двух проводников разноименных металлов. После того как их помещают в лимон их окружает среда из лимонной кислоты. Это вещество служит электролитом. То есть начинает течь химическая реакция и ионы перемещаются, выдавая энергию.

В место монеты лучше всего использовать проволоку медную.

Растегаев Даниил ученик 9 класса МОУ-СОШ №9 г. Аткарска

В исследовательском проекте определяюстя возможности использования лимона как источника тока. Рассчитывается его удельное сопротивление и КПД.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследование характеристик лимона как источника тока

Растегаев Даниил,

ученик 9 класса

МОУ-СОШ №9 г. Аткарска

Введение.

Использование электрической энергии в настоящее время очень тесно связано с комфортностью проживания человека в современном мире. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива – водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде. Человечество ищет альтернативные источники получения электрического тока: ветер, геотермальные воды, энергию приливов и отливов. А может быть, источники тока создала сама природа? И нам остается лишь найти им применение.

Один из таких источников исследуется в данной работе.

Цель проекта:

Исследовать характеристики лимона как источника тока.

Задачи:

1. Познакомиться с понятиями ЭДС и внутреннее сопротивление.
2. Изучить закон Ома для полной цепи.
3. Объяснить процессы, происходящие в лимоне, который используется как источник тока.
4. Экспериментально определить ЭДС и внутреннее сопротивление лимона, рассчитать удельное сопротивление лимона и мощность лимона, как источника тока.
5. Рассмотреть возможность использования данного источника тока в практических целях.

1. ЭДС источника тока.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может поддерживаться длительное время источниками электрического тока. Существуют различные виды источников тока:

1. механические (электрофорная машина);
2. тепловые (термоэлемент);
3. световые (фотоэлемент);
4. химические (гальванический элемент).

Источники тока бывают различные, но в каждом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением кулоновских сил, называют сторонними силами. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил, а во всей остальной цепи – под действием электрического поля. Природа сторонних сил может быть разнообразна.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (ЭДС).

1. Лимон – гальванический элемент.

Лимон - небольшое вечнозеленое плодовое дерево высотой до 5-8 м, с раскидистой или пирамидальной кроной. Встречаются деревья в возрасте 45 лет.

Плоды лимона содержат лимонную кислоту (C 6 H 8 O 7 ). Вещество чрезвычайно распространено в природе: содержится в ягодах, плодах цитрусовых, хвое, стеблях махорки, особенно много её в китайском лимоннике и недозрелых лимонах.

Впервые лимонная кислота была выделена в 1784году из сока недозрелых лимонов шведским аптекарем Карлом Шееле.

В лимоне, как и в гальваническом элементе, природа сторонних сил – химическая. В результате химической реакции происходит растворение цинка в лимонной кислоте. В раствор переходят положительно заряженные ионы цинка, а сама цинковая пластина при этом заряжается отрицательно. Медная пластина заряжается положительно, так как ионы цинка оседают на ней. (см. приложение 1)

Для проведения измерений и эксперимента соберем электрическую цепь по схеме:

1. Закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим электрическую цепь для нашего эксперимента.

Источник тока имеет ЭДС ɛ и сопротивление r. Сопротивление источника тока часто называют внутренним сопротивлением, сопротивление внешнего участка цепи обозначают R.

Георг Симон Ом (16 марта 1787 – 6 июля 1854) - знаменитый немецкий физик. Наиболее известные работы Ома касались вопросов о прохождении электрического тока и привели к знаменитому «закону Ома», связывающему сопротивление цепи электрического тока, внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, силу тока.

Закон Ома для полной цепи:

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

1. Результаты эксперимента.

Соберем экспериментальную цепь для получения необходимых данных. (см. приложение 2)

Измерим ЭДС лимона: ɛ = 0,95В

Измерим силу тока и напряжение на участке цепи при различном внешнем сопротивлении.

U 1 =0,515В U 2 =0,586В

I 1 =196мкА I 2 =160мкА

R 1 =2кОм R 2 =3кОм

По закону Ома для полной цепи рассчитали внутреннее сопротивление лимона: r = 2,1кОм. (см. приложение 3)

Измерим ток короткого замыкания на лимоне: I кз =460мкА. Ток короткого замыкания имеет максимальное значение в том случае, когда внешнее сопротивление цепи R→0.

С помощью полученных измерений мы вычислили удельное сопротивление лимона ƍ=69*10 6 Ом*мм 2 /м. (см. приложение 3)

Также определили КПД и мощность лимона как источника тока

P=108,3*10 -6 Вт

Ƞ= 60%

Несмотря на достаточно большое значение КПД, мощность лимона как источника тока очень маленькое.

Мы попробовали использовать лимон как источник тока. Собрали электрическую цепь из нескольких последовательно соединенных лимонов и диода. Несколько последовательно соединенных лимонов служат батарей гальванических элементов. При последовательном соединении сила тока, которое выдает такой источник остается неизменной, а напряжение равно сумме напряжений на клемах отдельных источников. С помощью 5 последовательно соединенных лимонов мы смогли зажечь два светодиода.

Заключение.

• Лимон – гальванический элемент, в котором действуют химические сторонние силы.
• Лимон можно использовать как источник электрического тока.
• В бытовых целях лимон нельзя использовать как источник тока, так как ток, который выдает лимон, составляет порядка нескольких десятков микроампер, при этом он обладает очень большим внутренним сопротивлением.

Список литературы и других источников:

1. А.В. Перышкин Физика 8 класс. М:«Дрофа»2009г.
2. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский Физика 10 класс, М:«Просвещение»2007г.
3. М.Н. Алексеева Физика – юным. М:«Просвещение»1980г.
4. И.Г. Кириллова Книга для чтения по физике. М: «Просвещение»1986г.
5. http://ru.wikipedia.org

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Мы вычислили, что внутреннее сопротивление лимона r = 2,1 кОм.

Мы вычислили, что длина между пластинами l = 3,8 см = 0,038 м.

Определили площадь пластин a= 39мм b= 32мм S=ab= 1248 мм 2

Теперь найдем удельное сопротивление лимона по формуле :

Сочные фрукты, молодой картофель и другие пищевые продукты могут служить питанием не только для людей, но и для электроприборов. Чтобы добыть из них электричество, понадобятся оцинкованный гвоздь или шуруп (то есть практически любой гвоздь или шуруп) и отрезок медной проволоки. Чтобы зафиксировать присутствие электричества, нам пригодится бытовой мультиметр, а более наглядно продемонстрировать успех поможет светодиодный светильник или даже вентилятор, рассчитанные на питание от батареек.

Разомните лимон в руках, чтобы разрушить внутренние перегородки, но не повредите кожуру. Воткните гвоздь (шуруп) и медную проволоку так, чтобы электроды располагались как можно ближе друг к другу, но не соприкасались. Чем ближе будут находиться электроды, тем меньше вероятность, что они окажутся разделены перегородкой внутри фрукта. В свою очередь, чем лучше ионный обмен между электродами внутри батарейки, тем больше ее мощность.

Суть опыта в том, чтобы поместить медный и цинковый электроды в кислую среду, будь то лимон или ванночка с уксусом. Гвоздь послужит нам отрицательным электродом, или анодом. Медную проволоку назначим положительным электродом, или катодом.

В кислой среде на поверхности анода протекает реакция окисления, в процессе которой выделяются свободные электроны. С каждого атома цинка уходит два электрона. Медь — сильный окислитель, и она может притягивать электроны, освобожденные цинком. Если замкнуть электрическую цепь (подключить к импровизированной батарейке лампочку или мультиметр), электроны потекут от анода к катоду через нее, то есть в цепи возникнет электричество.

Картофель — от природы прекрасный корпус и электролит для гальванического элемента. Картошка стабильно давала нам напряжение более 0,5 В с одного элемента, тогда как лимон демонстрировал результат в районе 0,4 В. Чемпион по вольтажу — уксус: 0,8 В с ячейки. Чтобы получить большее напряжение, соединяйте элементы последовательно. Для питания более мощных потребителей (вентилятор) — параллельно.

На поверхности катода, то есть отрицательно заряженного электрода, идет реакция восстановления: катионы (положительно заряженные ионы) водорода, содержащиеся в кислоте, получают недостающие электроны и превращаются в водород, выходящий наружу в виде пузырьков. Около катода возникает концентрация анионов (отрицательно заряженных ионов) кислоты, а около анода — катионов цинка. Чтобы сбалансировать заряды в электролите, необходимо обеспечить ионный обмен между электродами внутри батарейки.

Повышенная кислотность почвы — проблема для агрономов, но радость для электротехников. Содержание ионов водорода и алюминия в земле позволяет буквально воткнуть в горшок две палки (как обычно, цинковую и медную) и получить электричество. Наш результат — 0,2 В. Для улучшения результата почву стоит полить.

Важно понимать: электричество вырабатывается не из лимона или картошки. Это вовсе не та энергия химических связей в органических молекулах, которая усваивается нашим организмом в результате потребления пищи. Электроэнергия возникает благодаря химическим реакциям с участием цинка, меди и кислоты, и в нашей батарейке именно гвоздь служит расходным материалом.