Солевая машинка

Хлорид натрия как проводник электричества

Сорокина Ксения, 8-А класс, ГБОУ СОШ №382

Руководитель: Михайлова Е.В., учитель высшей категории

В то время как смартфоны, электромобили и другие цифровые устройства становятся все более продвинутыми, их возможности ограничиваются энергией. Развитие технологий аккумуляторов происходит с учетом их экологической безопасности и повышенной эффективности.

Однажды, мне родители купили игрушечную машинку, работающую на растворе поваренной соли, и гоночный трек, которые были сделаны из переработанного мусора. Проблема экологии в наше время очень важна и к тому же меня удивило то, что машинка работает не на обычном аккумуляторе, а на основе процессов, происходящих в особенной батарейке, которую нужно заряжать раствором поваренной соли. Поэтому я решила изучить подробнее принцип её работы.

Целью моего исследования являлось изучение эффективности и мер по увеличению срока эксплуатации «Солевой машинки». Перед собой я поставила следующие задачи:

1. Ознакомиться с механизмом работы гальванического элемента.

2. Провести эксперимент по определению электропроводности растворов.

3. Изучить скорость движения «Солевой машинки» при разной концентрации раствора поваренной соли.

Во время движения игрушки возникли следующие проблемы: она работала только 2-3 заправки, и движение машинки происходило только в течение 10-17 минут. Как устроены составные части «Солевой машинки» и можно ли увеличить эффективность её эксплуатации? Это и стало моим исследованием. Источником электрического тока является гальванический элемент. В нашем случае это воздушно-алюминиевая батарея. В ней химическая энергия преобразуется в электрическую, а затем в механическую. Соленая вода выступает в роли электролита и проводника электричества.

Принцип работы гальванического элемента в воздушно-алюминиевой батарее состоит в следующем. Электричество возникает в батарее вследствие химической реакции между алюминием и кислородом воздуха. Высвобождается энергия в виде электричества.

┌ 4х3е-┐

4Al +3O2=2Al2O3

Далее электрический ток заставляет двигатель работать. Через мотор электроны идут к углеродной пластине, где кислород из воздуха и вода образуют гидроксид-ионы.

(+)К O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-

Эти ионы перемещаются благодаря раствору электролита-поваренной соли. В итоге на алюминиевой пластине протекают процессы с высвобождением электронов, идущих к мотору.

(-)А Al + 3OH- = Al(OH)3 + 3e-

Таким образом, возникает замкнутая электрическая цепь. «Солевая машинка» приходит в действие.

Также интересно было узнать, какие растворы кроме хлорида натрия могут привести в действие игрушку и какой концентрации раствор соли будет более эффективен для заправки машинки. Я провела 1-й эксперимент по электропроводности растворов некоторых веществ: гидроксида натрия, соляной кислоты, сахарозы, хлорида натрия, уксусной кислоты и глицерина. И выяснила, что для эффективной работы «Солевой машинки» необходимо использовать растворы сильных электролитов. Но также они должны быть безопасны в обращении. Для этого я испытала растворы универсальным индикатором и определила их среду. Из исследуемых растворов только хлорид натрия нам подходит, т.к. это сильный электролит и в нем среда раствора нейтральная. Щелочные и кислотные растворы не могут быть использованы в детской игрушке!

Дальше я перешла к изучению скорости движения «Солевой машинки» при помощи поваренной соли разной концентрации. В этом 2-м эксперименте использовала 10%, 25% и перенасыщенный раствор NaCl. Результат меня удивил. Скорость машинки оказалась больше при использовании 25% раствора, как при прохождении первого круга трека, так и всего периода действия игрушки – это 425 кругов. Батарейка разрядилась через 17 минут (самое длительное время работы). Такая концентрация близка к насыщенному раствору поваренной соли. В этом случае скорость и расстояние пробега будут максимальны. Именно это можно внести в инструкцию по эксплуатации «Солевой машинки».

Работая над этим исследовательским проектом, я ознакомилась с механизмом работы воздушно-алюминиевой батареи и выяснила принцип работы «Солевой машинки», научилась проводить эксперимент по электропроводности растворов, поняла, что скорость машинки зависит от концентрации раствора сильного электролита.