Научно-исследовательский проект "Зелёное" электричество"

Научно-исследовательский проект
"Зелёное"  электричество"

С каждым годом человечеству требуется все больше энергетических и природных ресурсов. Только за последние сорок лет мировое потребление топливно-энергетических ресурсов увеличилось в 3 раза. Так как большинство стран не обладают ими в необходимом количестве, то их приходится импортировать из других регионов. В свою очередь это вызывает рост цен на данный вид товара. В связи с этим многие государства вынуждены решать проблемы энергосбережения.
Поскольку на нашей планете стремительно иссякают топливные ресурсы, и изучению альтернативных источников энергии в наше время придается огромное значение, считаю свое исследование 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 SONY 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.        
Неоспоримым достоинством необычной батареи является то, что она очень дешевая. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой «картофельным» аккумулятором, в 50 раз ниже, чем, к примеру, у аккумуляторов Energizer E91.        
Можно также добавить, что свет, получаемый с помощью этих аккумуляторов, обходится, в 5 раз дешевле, чем при использовании керосиновых ламп, популярных в развивающихся регионах. К тому же картофель является одним самых распространенных овощей — его выращивают в 130 странах мира.
Я задумался над вопросом, зачем люди тратят время на создание «фруктовых, овощных» источников питания, 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. Кроме того, в процессе использования и утилизации элементов питания наносится огромный вред экологии нашей планеты. Возможно, что можно заменить дорогие гальванические элементы самодельными фруктовыми и овощными батарейками, тогда будет экономия и безопасность. Энергия «зеленых» аккумуляторов может в корне изменить жизнь 1,6 млрд. жителей развивающихся стран, не имеющих в настоящее время доступа к электроэнергии.
Если верить данной информации, то если в моем доме отключат электричество, я смогу некоторое время освещать его при помощи лимонов или картофеля, а также пользоваться маломощными бытовыми приборами.
Я решил проверить лично, возможно такое или нет.
В данном проекте мною была исследована возможность получения источников питания из фруктов и овощей.

Предварительно была выдвинута гипотеза: электрический ток можно получить из доступных природных растительных продуктов, в частности, из овощей и фруктов.

В связи с этим была поставлена цель: исследовать возможность  получения электрического тока из овощей и фруктов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Изучить историю появления и основы устройства обычной батарейки.
Изучить теоретические основы и принципы получения электрической энергии из природных органических материалов..
Практическая сборка элемента питания из различных овощей и фруктов.
Исследовать зависимость мощности собранных устройств от различных факторов  и возможность улучшения её значения.
Выяснить возможности практического применения «зеленого» электричества. 
 
История появления источника электрического тока
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, который 200 лет назад  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 цинк контактирует с лимонной кислотой, начинаются две химические реакции. Одна реакция – окисление: кислота начинает забирать атомы цинка с поверхности пластинки. Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая атому положительный заряд. Заряженные атомы цинка, их называют  – ионы, остаются в кислоте. Другая реакция – восстановление, в ней задействованы положительно заряженные атомы водорода – ионы водорода в лимонной кислоте около пластинки цинка. Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием водорода, который можно увидеть в виде пузырьков около пластинки цинка. Ионы водорода называют окислителями, потому что они отнимают электроны цинка. Обе реакции продолжаются до тех пор, пока цинковая пластинка находится в кислоте, и на нем остается цинк. Реакция не зависит от присутствия меди или другого вещества. Важно понять, что электроны испускаемые цинком принимаются ионами водорода, которые содержатся в кислоте. Медь – 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 медной и цинковой пластинками нет связи. Когда между пластинками устанавливается связь (провод), то медь притягивает электроны из цинка и возвращает их через провод (цепь). Движение электронов по цепи – электрический ток. Именно на таком принципе и делаются большинство батареек (гальванических элементов), которыми мы пользуемся. Разница заключается в том, что в различных видах производимых батареек, отличие только в используемых веществах и материалах.
В настоящее время существует множество различных типов гальванических элементов, к примеру: марганцево - цинковый, марганцево - оловянный, марганцево - магниевый, свинцово - цинковый, свинцово - кадмиевый, свинцово - хлорный, хром - цинковый и т.д. Кроме внутреннего состава, батарейки также отличаются размером и, следовательно, ёмкостью заряда.

Теоретические основы получения «зеленого» электричества
Итак, выяснив принцип работы обычного источника питания, я прихожу к выводу, что необходимым условием его работы является присутствие  ионов водорода в овощном и фруктовом растворе. Практически все фрукты и овощи состоят из внешней оболочки - кожуры и внутренней, которая содержит сок (раствор, кислоту). Я узнал из интернета, что мерой активности ионов водорода в растворе является его кислотность. Значит, на электрические характеристики создаваемых мною батареек влияет кислотность овощей и фруктов. Поэтому я исследовал зависимость силы тока, даваемой моими источниками от кислотности продукта, а также от их количества.
Приборы, потребляющие небольшое количество электрической энергии, работают за счёт химической реакции, возникающей на медном и цинковом электродах, погружённых в картофель (помидор, солёную воду, апельсин, лимон и тому подобное), превращаясь, по факту, в гальваническую батарею.
Для реализации целей своего исследования мне необходимо составить схему сборки источника тока, которая включает в себя наличие основных элементов: цинка, меди, соединительных проводов, а также бытовых приборов с низким потреблением электричества.
 Из схемы, изображенной на рис. 1, видно, что необходимо взять два плода овощей или фруктов, в каждый из них поместить медные и цинковые пластины - электроды, соединить медный и цинковый электроды соединительными проводами, а два других электрода соединить с прибором, лампой, иным потребителем энергии.
После успешного проведения первого эксперимента, попытаюсь, с целью решения задач исследования, собрать цепь из большего количества овощей, а также в их сочетании. Попытаюсь установить зависимость количества и качества различных продуктов на мощность произведенного электричества.