Энергетика глазами учащихся средних общеобразовательных учреждений

Методы: анализ, моделирование, эксперимент, наблюдение, сравнение.

Батарейки из подручных материалов можно использовать дома или на даче для подсветки. Полученные нами результаты о живой природе можно продемонстрировать на уроках «окружающего мира», а знания об электрическом токе пригодятся в дальнейшей учебе. Батарейка – обиходное название источника электричества для питания разнообразных устройств. Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани разработал неверное, однако его опыты стали основой исследований другого итальянского учёного Алессандро Вольта, который собственно и сформулировал главную идею изобретения – причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Любая батарея состоит из трёх основных элементов – двух электродов, называемых анодом и катодом, и электролита, находящегося между ними. Возникновение электрического тока – это побочный результат окислительно-восстановительной реакции, идущей между электродами. Выходной ток, напряжение и другие параметры батареи зависят от выбранных материалов анода, катода и электролита, а также конструкции самой батареи. Все батареи можно разделить на два больших класса – первичные и вторичные. Первыми серийно выпускаемыми элементами питания стали сухие батарейки. Наследники изобретения Лекланше, они являются самыми распространенными в мире. В общем, «говорим батарейка, подразумеваем – сухой элемент». Объясняется такая популярность, во-первых, их дешевизной, а во-вторых, тем, что этим именем называют сразу три разных химических системы: хлорноцинковые, щелочные и марганцево-цинковые батареи. Их имена дают представление о химических системах, на базе которых они созданы.

Отрицательное воздействие батарейки на организм человека.

Батарейки – это химические устройства, элементы которых вступают в реакцию, давая на выходе электричество, которым мы и пользуемся. Элементы эти, в основном, токсичны и опасны: свинец (накапливается в организме, поражая почки, нервную систему, костные ткани); кадмий (вредит легким и почкам); ртуть (поражает мозг и нервную систему); никель и цинк (могут вызывать дерматит); щелочи (прожигают слизистые оболочки и кожу) и другие.

С другой стороны, материалы, из которых сделана батарейка, это ценный ресурс: существуют технологии, которые позволяют извлечь из использованной батарейки все металлы и заново пустить их в дело – использовать в металлургии или для производства новых батареек. По статистике, каждая семья ежегодно выбрасывает до 500 грамм использованных элементов питания. Суммарно в области набирается 2-3 тысячи тонн батареек. Ядовитые вещества из батареек проникают в почву, в подземные воды, попадают в море и в водохранилища, из которых мы пьем воду, не думая, что вредные химические соединения с кипячением не исчезают, не убиваются – они ведь не микробы. Трудно представить, какой наносится вред экологии в глобальном масштабе.

Экспериментальная часть

Изготовление монетно-энергетической батарейки

В изученной нами литературе мы нашли много способов по изготовлению самодельных батареек. Такие батарейки экологически безопасны, не токсичны, не требуют специального хранения и утилизации. При помощи таких самодельных батареек можно даже зажечь светодиод для подсветки или освещения дачи.

Итак, для создания нашего гальванического элемента потребовалось: соль; столовый уксус; медные монеты (5-рублевые, 10-копеечные); плотный картон; 2 провода; стакан; алюминиевая фольга; ножницы; скотч.

Монеты для начала нужно очистить от окислов. Для этого их потребуется ненадолго опустить в уксус. Мы опустили на 30 минут (смотри рисунок 1).

Рисунок 1 – Очистка монет

Затем изготавливаем кружочки из картона и фольги по размеру используемых монет. Вырезаем кружки ножницами (рисунок 2).

Рисунок 2 – Изготовление картонных кружков

Картонные кладем на некоторое время в уксус: они должны пропитаться электролитом. Потом из ингредиентов выкладываем столбик: сначала монету, затем – картонный кружок, кружок из фольги, снова монету и так далее, пока материал не иссякнет. Конечным элементом снова должна стать медная монета (рисунок 3).

Рисунок 3 – Медная монета

К крайним монеткам присоединяем провод. Измеряем с помощью вольтметра напряжение.

Рисунок 4 – Измерение напряжения

Таким образом, напряжение в батарейке возникает при соединении алюминия, соли и меди.

В процессе работы этой батарейки, собранной своими руками, монеты придут в полную негодность, так что не стоит использовать нумизматический материал, представляющий культурную и материальную ценность.

Опыт 1.

Мы решили понаблюдать, как долго будет работать изготовленный элемент питания. Мы измеряли напряжение на клеммах элемента в течение нескольких дней (смотри рисунки 5-6).

Рисунок 5 – Измерение напряжения на батарейке в 1-ый день

Рисунок 6 – Изменение напряжения во 2-ой день

Результаты показали, что за два дня напряжение на клеммах нашего элемента питания незначительно уменьшилась, так как идет химическая реакция между веществами нашего элемента питания.

Далее мы решили проверить, как влияет количество монет на работоспособность нашего элемента. Для этого мы собрали несколько элементов питания из монет различного достоинства и измерили на полученных элементах напряжение. Данные всех экспериментов внесли в таблицу 1. По результатам всех экспериментов построили гистограмму (рисунок 7).

Таблица 1 – Зависимость напряжения от количества и вида монет

Анализ гистограммы позволяет сделать вывод о том, что пятирублевые монеты лучше подходят для сборки элемента питания. Но из монет номиналом в 10 копеек можно собрать вполне работоспособный источник питания, способный заменить пальчиковую батарейку.

Рисунок 7 – Зависимость напряжения от конструкции элемента питания

Выводы по результатам исследования:

– в процессе эксперимента мы выяснили, что из монет можно собрать при необходимости элемент питания.

– было установлено минимальное количество монет, для сборки элемента питания и получение напряжения в 1,5 В, что соответствует стандартной пальчиковой батарейке.

– мы так же выяснили, что наиболее подходящими монетами являются пятирублевые.

Заключение

По теме нашего исследования мы изучили необходимую литературу, проанализировали опыт учёных – новаторов; провели собственные исследования по изготовлению самодельных батареек. В результате опытов мы выяснили, что любую фабричную батарейку можно заменить другим источником получения энергии. В качестве такого источника мы использовали медные монеты. Цель нашего исследования достигнута: мы получили живой ток при помощи изготовления самодельных батареек. Гипотеза нашего исследования подтвердилась частично: батарейки из монет может быть заменителем электрического тока, но на довольно непродолжительное время. С точки зрения экономии – они конечно не выгодны. Но с точки зрения экологии наша гипотеза подтверждается, т. к. фабричные батарейки очень токсичны, их нельзя просто выбрасывать, необходима специальная утилизация батареек, а пунктов приёма по России очень мало. Наши монетные батарейки совершенно безопасны для здоровья. На все заявленные нами во введении проблемные вопросы мы нашли ответы и представили их в теоретической части. Полученные нами результаты о живой природе можно продемонстрировать на уроках «окружающего мира», а знания об электрическом токе пригодятся в дальнейшей учебе.

Список использованных источников:

1. Самодельная батарейка из подручных средств [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://voltland.ru/other/samodelnaya-batarejka-iz-podruchnyxsredstv.html (https://voltland.ru/other/samodelnaya-batarejka-iz-podruchnyxsredstv.html)

2. Учи физику [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://uchifiziku.ru/2012/09/10/samodelnyj-batarejki/ (http://uchifiziku.ru/2012/09/10/samodelnyj-batarejki/)

3. Все своими руками» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.mirpodelki.ru/index.php?id=276 (https://www.mirpodelki.ru/index.php?id=276)

4. Соляная батарейка [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://izobreteniya.net/solyanaya-batareyka-svoimi-rukami/ (http://izobreteniya.net/solyanaya-batareyka-svoimi-rukami/)

5. Самодельная батарейка» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://all-simly.ru/samodelnaya-batarejka.html (http://all-simly.ru/samodelnaya-batarejka.html)

Энергосбережение и повышение энергоэффективности в МБОУ «Первомайская СОШ № 2» бийского района Алтайского края

Никакая деятельность человека невозможна без использования энергии. Всё зависит от стабильности подачи энергии. Из всех отраслей человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Потребности в энергии продолжают расти. Мы много электричества тратим: компьютер, чайник, микроволновая печь, телевизор, стиральная машина и т. д. Любое развитие требует, прежде всего, энергетических затрат. Для жизни и работы людям просто необходима энергия – освещенность с помощью ламп. Раньше для этого использовались обычные лампочки накаливания. Лампы накаливания сильно греются в процессе эксплуатации. Поэтому в развитии технологий освещения, наиболее прогрессивным направлением признали замену устаревших ламп накаливания энергосберегающими лампами. Президент РФ Д. Медведев поставил задачу: к 2012 году прекратить использование традиционных ламп накаливания и использовать альтернативные источники света, более экономичные и совершенные – это комнатные люминесцентные лампы. На сегодняшний день экономией электроэнергии занимаются государство, организации, частные лица. Поэтому, работая в таком направлении, это становится неотъемлемой частью жизни человека – экономить. На пороге 2017 год, но даже в настоящее время, люди все равно используют лампы накаливания, но уже не в таком количестве.

В нашей школе установлены энергосберегающие лампы, но есть помещения, в которых ещё освещением служат лампы накаливания. Конечно, при этом школа тратит определенную сумму денег на электроэнергию, служащую при помощи ламп накаливания. Обратив внимание на использование энергосберегающих ламп и эффективность их службы, я решил посмотреть и рассчитать экономию школы в использовании ламп накаливания и люминесцентных ламп.

Поэтому, цель моей работы является, рассчитать затраты на электроэнергию школы и показать, что люминесцентные лампы являются альтернативой для освещения как высокоэффективные, энергосберегающие лампы.

Задачи работы:

– сравнить лампу накаливания с люминесцентной лампой;

– сделать анализ положения дел с экономией электроэнергии в школе;

– рассчитать затраты электроэнергии школы. Методы: теоретический, сравнение, практический.

Практическая значимость состоит в непосредственном расчете экономии затрат на электроэнергию МБОУ «Первомайская СОШ № 2» Бийского района Алтайского края.

В целом в нашей школе тоже увеличилось потребление электроэнергии. В каждом кабинете появились компьютеры, интерактивные доски, принтеры и т. д. все это требует использовать электричество. Поэтому для начала мы решили разобраться с лампами, которые дают свет в кабинетах. Составляют ли использование ламп накаливания и люминесцентных экономию.