Международная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку» «Живое электричество» - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Конкурс художественного чтения «Мой любимый Пушкин» 1 35.15kb.
Каратэ искусство или спорт? 1 130.83kb.
Конкурс учащихся 1-7 классов «Первые шаги в науку» Секция математики... 1 194.16kb.
Научно-практическая конференция школьников «Первый шаги в науку»... 1 109.26kb.
Научно-практическая конференция «Первые шаги в науку» Последние Романовы... 1 186.51kb.
Ii международная научно-практическая конференция «Музеи в северном... 1 142.71kb.
Третья международная научно-практическая конференция «Торсионные... 1 20.41kb.
Департамент Образования города Москвы Московская городская научно-практическая... 1 297.38kb.
25 декабря 2010 г проходила детская школьная конференция «Первые... 1 38.43kb.
Международный центр науки и образования IV международная заочная... 1 56.97kb.
Программа VI международная научно-практическая конференция 1 212.68kb.
Методическое объединение учителей математики, физики, информатики 1 14.07kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Международная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку» «Живое электричество» - страница №1/1



Международная научно-практическая конференция

«Первые шаги в науку»


«Живое электричество»
Предметная область физика
Автор Жбанков Дмитрий Андреевич, 8 класс

Научный руководитель Лунина Людмила Алексеевна,

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №14» г.Брянска, учитель физики.


МБОУ ««Средняя общеобразовательная школа №14»

г. Брянска

г.Брянск


2013 г.

Оглавление



  1. Введение. стр. 3

  2. Из истории открытия «животного электричества». стр.4

    1. Опыты Л. Гальвани. стр.5

    2. Изобретение гальванического элемента. стр.6

  3. Живое электричество. стр.7

  1. Человек и электричество. стр.7

  2. Рыбы – электрогенераторы. стр.8

  3. Биохимия электричества. стр.9

  1. Практическая работа «Фруктовая и овощная батарейка». стр.10

  2. Как работает фруктовая батарейка. стр.11

  3. Практическое применение. стр.12

  4. Заключение. стр.12

VIII. Список используемой литературы. стр.13

IX. Приложение. стр.14



I. Введение.

Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.
(Кант Эммануил. Немецкий философ 1724-1804г.г)

Актуальность проблемы

Аккумуляторная батарея прочно вошла в жизнь современного человека в связи с широким распространением электронных приборов, которые без аккумуляторной батареи теряют практический смысл. Однажды я прочел сообщение, в котором говорилось, что ИТАР-ТАСС, ссылаясь на японскую газету «Никкэй», сообщило о том, что компания «Сони» представила на научном конгрессе в США миниатюрную электрическую батарею, работающую на фруктовом соке. И это меня очень заинтересовало.



Цели и задачи работы.

Целью выполнения моей работы является теоретически и экспериментально исследовать возникновение электричества в живой природе. Получение электрического тока из фруктов и овощей.

В связи с этим перед собой я ставлю следующие задачи:


  • Установить факторы и условия, способствующие возникновению электричества в живой природе.

  • Установить характер воздействия электричества на живые организмы.

  • Ознакомиться с принципом работы батарейки.

  • Создать фруктовую и овощную батарейку.

  • Изучить возможность практического применения полученной батарейки.

Предмет исследования: получения электрического тока.

Объект исследования: фруктовые и овощные батарейки.

Гипотеза: Из фруктов и овощей можно сделать батарейку

В данной проектно-исследовательской работе была исследована возможность получения альтернативных источников питания, в частности из фруктов и овощей.



Методы и приемы, которые использовались в работе:

  • при изучении теоретической части – работа с научной литературой и другими печатными источниками и электронными сайтами с использованием приемов: конспектирование, составление плана изложения материала, цитирование, аннотирование,

  • наглядные методы – составление презентации данной работы;

  • практические методы - использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.

Описание опытов проводилось с использованием следующего алгоритма:

  • Название опыта

  • Необходимые для опыта приборы и материалы

  • Этапы проведения опыта

  • Объяснение опыта

II. Из истории открытия «животного электричества».

В век гигантских электростанций на планете, покрытой густой паутиной линий высоковольтных передач, как-то совсем забыли, что электричество вошло в нашу жизнь благодаря животным. С электрическими явлениями древние египтяне были знакомы еще четыре с половиной тысячи лет назад. Об этом свидетельствует надгробный памятник в Соккаре, на котором изображен электрический сом, живущий в верховьях Нила.

В Европе с электричеством познакомились благодаря наблюдениям Фалеса Милетского еще за 600 лет до нашей эры. Он обнаружил, что кусочек янтаря, если его потереть, приобретает способность притягивать, а затем и отталкивать разные мелкие предметы.

Больше двух тысячелетий этот факт не привлекал особого внимания, пока Уильяму Джильберту не пришло в голову потереть кусочки стекла, сургуча, серы и других веществ. Обо всем, что произошло, Джильберт откровенно написал в 1600 году в своей книге «О магните, магнитных телах и великом магните земли». Это он придумал слово «электричество», от греческого «электрон», что значит «янтарь».


1. Опыты Л. Гальвани.

Неизвестно, когда бы за электричество взялись всерьез, если бы не профессор анатомии из Болонского университета Луиджи Гальвани (1737-1798). Начиная с 1775 года, он стал интересоваться взаимосвязью между "электричеством и жизнью". В конце 1780 года Л. Гальвани занимался в своей лаборатории изучением нервной системы препарированных лягушек. Совершенно случайно получилось так, что в той же комнате работал его приятель-физик, производивший опыты с электричеством. Одну из препарированных лягушек Гальвани положил на стол, на котором стояла электрическая машина (генератор статического электричества), и каждый раз, когда машина давала разряд, мышца лягушки сокращалась. Столкнувшись с необъясненным явлением, Гальвани счел за лучшее детально исследовать его на опыте.

Гальвани решил, что все дело в электрических искрах. Чтобы получить более сильный эффект, он во время грозы вывесил на балкон несколько отпрепарированных лягушачьих лапок на медных проволочках. Однако молнии – гигантские электрические разряды никак не повлияли на поведение отпрепарированных лягушек. Что не удалось молнии, сделал ветер. При порывах ветра лягушачьи лапки раскачивались и иногда касались железных прутьев балкона. Как только это случилось, лапки дергались. Гальвани, однако, отнес явление все-таки на счет грозовых электрических разрядов. Но, проводя многократные опыты, Гальвани увидел, что не электрические разряды были причиной того, что лапки дергались.

Гальвани провел, по сути дела, все эксперименты, чтобы получить правильные выводы. Гальвани заключил, что каким-то образом электричество "входит" в нерв и это приводит к сокращению мышцы. Он показал, что для эффекта необходимы металлы. Пять лет он посвятил изучению роли различных металлов в их способности вызывать мышечные сокращения. При наличии тел, не являющихся проводниками электричества, никакого эффекта нет. Гальвани пришел к выводу, что если нерв и мышца лежат на одинаковых металлических пластинах, то замыкание пластин проволокой не дает никакого эффекта. Но если пластины изготовлены из разных металлов, их замыкание сопровождается мышечным сокращением. Наконец, он показал даже, что разные металлы дают разную степень эффекта. Но правильного вывода Гальвани не сумел сделать. Будучи врачом, а не физиком, он видел причину в так называемом «животном электричестве», т.е. Гальвани предположил существование электричества внутри живых организмов. Свою теорию Гальвани подтверждал ссылкой на известные случаи разрядов, которые способны производить некоторые живые существа, например «электрические рыбы». А его опыты с «животным» электричеством положили начало новому научному направлению — электрофизиологии.



2. Изобретение гальванического элемента.

Первая электрическая батарея появилась в 1799 году.

Её изобрел итальянский физик Алессандро Вольта (1745 - 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока. Как-то раз он взял в руки трактат физиолога Луиджи Гальвани «Об электрических силах в мускуле» и понял, что лапка лягушки начинала дергаться только тогда, когда к ней прикасались двумя разными металлами. Гальвани не заметил этого! Вольта решает поставить опыт Гальвани на себе: он взял две монеты из разных металлов и положил их в рот - сверху, на язык, и под язык. Потом соединил монеты тонкой проволокой и ощутил вкус подсоленной воды.

Вольта отлично знал – это вкус электричества, и рожден он был металлами.


Его первый источник тока – «вольтов столб» был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой.

Вольта был и первым испытателем своего прибора. Ученый опускал руку в чашу с водой, к которой подсоединял один из контактов «столба», а к другому контакту прикреплял проволоку, свободным концом которой он прикасался ко лбу, к носу, к веку. Он чувствовал или укол, или резкий удар - и все это аккуратно записывал. Иногда боль становилась невыносимой - и тогда Вольта размыкал свою цепь.

А. Вольта понял, что его «столб» - это источник постоянного тока.
В 1800 году в журнале Лондонского королевского общества появилось письмо Вольты с описанием «вольтова столб». Так была изобретена первая в мире электрическая батарея. Хотя силы Вольтова столба хватило бы только на то, чтоб зажечь всего лишь одну слабую лампу.

А известный русский ученый Петров в 1802 г. изготовил огромную батарею. Она состояла из 4200 медных и цинковых кружков, между каждой парой которых прокладывали картонные кружочки, пропитанные раствором нашатыря. Эта батарея представляла собой 2100 медно-цинковых гальванических элементов, соединенных последовательно. Напряжение на ее зажимах составляло около 1650-1700 В.

Это был первый в истории источник постоянного тока сравнительно высокого напряжения.

III. Живое электричество.

1. Человек и электричество.
Прохождение тока через тело человека силой около 100 мА вызывает серьезное поражение организма. Безопасным для человека считается ток силой до 1мА. Удельное сопротивление верхнего слоя сухой кожи человека очень велико. Если кожа не повреждена и на ней нет влаги, то сопротивление кожи человека весьма значительно (около 15 кОм). Тогда опасные токи могут возникнуть при высоком напряжении. Но в сыром помещении сопротивление тела человека резко снижается и безопасным считается напряжение до 12 В.

Почему случайное прохождение тока через две близко расположенные точки тела, например два пальца одной и той же руки, ощущаете только этими пальцами, но и всей нервной системой человека?
Из всех тканей, составляющих тело, наименьшей проводимостью обладают наружные слои кожи, наибольшей - нервные волокна, поэтому электрический ток в теле проходит большей частью по нервным волокнам и этим самым оказывает воздействие на всю нервную систему.

При проверке качества батарейки от карманного фонарика иногда прикасаются языком к металлическим пластинам. Если язык ощущает горьковатый привкус, то батарейка хорошая.

Почему же электричество батарейки горьковато на вкус?
Слюна человека содержит в незначительном количестве различные органические соли (натрия, калия, кальция и др.). Когда через слюну проходит электрический ток, эти соли подвергаются электролизу, на полюсах батарейки выделяются их составные части и язык ощущает горьковатый привкус.

В клетках, тканях и органах животных и растений между отдельными их участками возникает определенная разность потенциалов, так называемые биоэлектропотенциалы, которые связаны с процессами обмена в организме.


Эти биоэлектропотенциалы очень малы. Напряжение их колеблется от нескольких микровольт до десятков милливольт. Для регистрации таких потенциалов, изменяющихся во времени, требуются очень чувствительные приборы, позволяющие без искажения регистрировать биотоки живой ткани.
Электрическая активность оказалась неотъемлемым свойством живой материи. Электричество генерирует нервные, мышечные и железистые клетки всех живых существ, однако наиболее развита эта способность у рыб.

2. Рыбы – электрогенераторы.

В настоящее время известно, что из 20 тысяч современных видов рыб около 300 способны создавать и использовать биоэлектрические поля. По характеру генерируемых разрядов такие рыбы делятся на сильноэлектрические и слабоэлектрические. К первым относятся пресноводные южноамериканские электрические угри, африканские электрические сомы и морские электрические скаты. Эти рыбы генерируют очень мощные разряды: угри, например, напряжением до 600В, сомы– 350 В. Напряжение тока крупных морских скатов невысоко, поскольку морская вода является хорошим проводником, но сила тока их разрядов, например, ската Торпедо, достигает иногда 60А.

Рыбы второго типа, например, мормирус и другие представители отряда клюворылообразных не излучают отдельных разрядов. Они посылают в воду серии почти непрерывных и ритмичных сигналов (импульсов) высокой частоты, этого поля проявляется в виде так называемых силовых линий. Если в электрическое поле попадает объект, отличающийся по своей электропроводности от воды, конфигурация поля изменяется: предметы с большей проводимостью сгущают вокруг себя силовые лилии, а с меньшей - рассредоточивают. Рыбы воспринимают эти изменения с помощью электрических рецепторов, расположенных у большинства рыб в области головы, и определяют местонахождение объекта. Таким образом, эти рыбы осуществляют подлинную электрическую локацию.

Приемы, используемые электрическими рыбами при ловле добычи и обороне от врагов, подсказывают человеку технические решения при разработке установок для электролова и отпугивания рыб. Исключительные перспективы открывает моделирование электрических систем локации рыб. В современной подводной локационной технике пока не существует систем поиска и обнаружения, которые работали бы по образцу и подобию электролокаторов, созданных в мастерской природы. Учеными многих стран ведется упорная работа по созданию подобной аппаратуры.
3. Биохимия электричества

П


Фермент Na/К-АТ фаза работает по принципу челнока, выкачивая из клетки три иона Na и закачивая два иона К для восстановления работоспособности.
рошло много времени, прежде чем человечеству удалось раскрыть тайну живого электричества. Пока не был изобретён электронный микроскоп, учёные не могли себе даже представить, что вокруг клетки находится настоящая «таможня» со своими строгими правилами «паспортного контроля» ионов натрия и калия. Мембрана животной клетки — тонкая, не видимая невооружённым глазом оболочка, — обладая полупроницаемыми свойствами, является надёжным гарантом сохранения жизнеспособности клетки. Оказалось, что все клетки заряжены и что заряд мембраны является неотъемлемым атрибутом её жизни. Пока клетка жива, у неё есть заряд. Заряд клетки возникает благодаря биохимическим процессам, протекающим в ней. Заряд существует тогда, когда есть разность между концентрациями ионов Na+/K+, определяемая перемещением этих ионов. Когда клетка работает, она теряет свой заряд.

IV. Практическая работа «Фруктовая и овощная батарейка».

Для создания батарейки мне понадобились:



  • цинковая и медная пластина;

  • фрукты и овощи;

  • провода с зажимами на концах;

  • низковольтный светодиод;

  • пластиковая коробка от 35мм фотопленки;

  • шило.

В самодельном гальваническом элементе цинковая пластина действует как отрицательный электрод, а медная пластина – как положительный. Электролитом (жидкость проводящая ток) является сок фруктов и овощей.

Мною были сделаны гальванические элементы из различных овощей и фруктов (лимон, яблоко, картошка, лук, свекла, помидор, груша, маринованный огурец). В каждом элементе был сделан замер напряжения с помощью вольтметра.

В результате измерений оказалось, что лимон дает самое высокое напряжение, а лук самое низкое. Такие овощи, как свекла и свежий огурец вообще не дают напряжение. Самым же неожиданным оказалось, что обычная картошка тоже дает достаточно высокое напряжение.

Результаты измерений:



Название фрукта или овоща

Напряжение

Название фрукта или овоща

Напряжение

Лимон

0,96 В

Апельсин

0,95 В

Яблоко

0,95 В

Помидор

0,82 В

Груша

0,88 В

Свекла

0

Маринованный огурец

0, 86 В

Свежий огурец

0

Лук

0,76 В

2 лимона

1,93 В

Картошка

0,78 В

3 лимона

2,9 В

Выводы:

используя фрукты и овощи можно создать батарейку, однако не любой фрукт или овощ для этого подходит; полученный источник тока можно использовать для приборов с низким потреблением энергии; для более мощной батарейки надо больше овощей и фруктов.



V. Как работает фруктовая батарейка.

Напряжение фруктовой батарейки вызывается разницей между способностью цинка и меди отдавать электроны. Электрический ток, выдаваемый батарейкой, среди всего прочего, зависит от количества электронов, спускаемых химической реакцией. Например, в лимоне, когда цинковая пластинка 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 2. Заряженные атомы цинка - ионы цинка, остаются в лимоне: в темной области около пластинки через некоторое время. Другая реакция - восстановление, в ней задействованы положительно заряженные атомы водорода - ионы водорода в лимонной кислоте около пластины. Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием водорода, который можно увидеть в виде пузырьков около пластины. Ионы водорода называют окислителями, потому что они отнимают электроны цинка. Обе реакции продолжаются до тех пор, пока цинковая пластинка находится в лимоне, и на ней остается цинк. Реакция не зависит от присутствия меди или другого вещества. Важно понять, что электроны испускаемые цинком принимаются ионами водорода кислоты. Медная пластина - 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 медным и цинковым электродами есть связь. Когда между электродами устанавливается электрическая связь, то медь притягивает электроны из цинковой пластины и возвращает их через цепь. Движение электронов по цепи - электрический ток. Условно было принято за направление движение электронов: ток от отрицательного полюса батарейки или электрического элемента к положительному. Поэтому цинк (источник элетронов) - отрицательный полюс в лимонной батарейке, а медь - положительный.



VI. Практическое применение.

Однако после полученных результатов возникает вопрос: где же в жизни можно применять это свойство овощей и фруктов?

Например, можно зажечь лампочку, для этого достаточно напряжение в 3 В, что соответствует 4 картофелинам или 4 лимонам.

Но, проведя опыт, она не загорелась, т.к. не хватило силы тока. Заменив лампочку светодиодом, получил долгожданный результат: он загорелся.

К этой батарейки можно подключить и калькулятор. Для этого достаточно 2 картофелин. В мире известны случаи применения таких источников питания. В Индии создали батарейку на пасте из фруктов и овощей. В Австралии в 2003 году запущена электросиловая установка на ореховой скорлупе.

VII. Заключение.

Конечно, электрическая энергия растений и животных, в настоящее время не могут заменить полноценные мощные источники энергии. Однако и недооценивать их не стоит. С развитием современных нанотехнологий и энергосберегающих решений наука может дойти до такого совершенства, когда например, миниатюрные системы можно будет годами питать, просто воткнув их в ствол. Начало уже положено, а будущее – за нами.



VIII. Список используемой литературы.

  1. Занимательная физика. Я.И. Перельман. М.: «Наука», 1991.

  2. Забавная физика. Л. Гальперштейн. М.: «Детская литература»,1993.

  3. «Загадки природы: живое электричество» Оксана Семячкина-Глушковская, канд. биол. наук Журнал «Наука и жизнь» №9, 2010

  4. Физика – юным. М.Н. Алексеева. М.: «Просвещение»,1980

  5. Энциклопедия для детей “Аванта +” том 2: Биология.

  6. http://www.planetseed.com/

  7. http://class-fizika.narod.ru/

  8. http://www.naukadv.ru/

  9. http://mirpriroda.ru/index.php/udivitelnoe/65-udivitelnie-fakti/


IX. Приложение.

Луиджи Гальвани (1737–1798)  Алессандро Вольта (1745 - 1827)


Проведение экспериментов.