Альтернативные источники питания для портативных устройств
опыты и эксперименты (4 класс)

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

лицей № 389 "Центр экологического образования"

Кировского района Санкт-Петербурга

______________________________________________________________________________

Открытый конкурс исследовательских работ

учащихся начальной школы

"Знайка-2020"

Тема работы: 

Альтернативные источники питания для портативных устройств

                                                                                 Выполнил: Панков Михаил, ученик 4 «В» класса

                                                                                 Руководитель: Козлова Ольга Дмитриевна,

                                                                                               учитель начальных классов,

                                                                                             ГБОУ лицей №389 "ЦЭО"

                                                                             Кировского района

Санкт-Петербург

2020

Оглавление

I. Введение

В школе я занимаюсь в кружке «Юный техник». Мне очень нравится конструировать модели разных механизмов и изучать электронные элементы. Чтобы модели работали, необходим какой-либо источник питания. Обычно используют пальчиковые батарейки или аккумуляторы. Когда я читал про них в книгах, мне стало интересно: а можно ли использовать вместо них какие-нибудь другие источники питания (альтернативные)? Ведь бывают случаи, когда батарейки и аккумулятор разрядились, а приобрести новые батарейки и зарядить аккумулятор нет возможности, отключили электричество.  Так возникла идея моей исследовательской работы: попытаться заменить традиционные источники питания альтернативными.

Актуальность работы:

В мире проводится много исследований по созданию современных батареек и аккумуляторов. Ученые стараются сделать их более емкими, чтобы они могли быть мощными и долговечными. Все мы знаем, что отслужившие батарейки и аккумуляторы должны быть утилизированы в специальные контейнеры и отправлены на переработку, т. к. являются источником загрязнения окружающей среды, если отправлять их с остальным мусором на свалку. Не все люди сдают батарейки на переработку. Выброшенные батарейки разлагаются более ста лет и загрязняют почву и воду. Создание альтернативных источников питания, не загрязняющих окружающую среду, очень актуально для современного мира.

Гипотеза: Предполагаем, что можно использовать вместо батареек и аккумуляторов в небольших моделях и портативных приборах другие источники питания.

Объект исследования: источники питания для портативных устройств

Предмет исследования: альтернативные источники питания

Цель: изучить альтернативные источники питания такие, как трясогенератор, солнечная панель и электролит.

Задачи:  

• изучить устройство и принцип работы батареек и аккумуляторов
•  протестировать различные альтернативные источники питания
• сравнить различные источники питания и сделать выводы

II. Основная часть

        2. 1. Принцип работы батарейки

Все окружающие нас предметы состоят из атомов. Атомы содержат электроны, каждый из которых имеет электрический заряд. Он может быть положительным и отрицательным.

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц (электронов).

Для того чтобы электроны начали двигаться, нужен источник энергии. Это может быть свет, тепло, давление или энергия, производимая химической реакцией. В батарейках и аккумуляторах используется энергия химической реакции, протекающей в электролите.  

(Приложение 1, 2)

Батарейка вырабатывает электрический ток, когда ее клемы соединены друг с другом, образуя цепь. Все батарейки содержат 2 электрода и электролит; происходит химическое взаимодействие электролита с электродами, в результате чего образуется электрический ток. Напряжение, вырабатываемое батарейкой, зависит от металлов, из которых сделаны электроды, и используемого электролита.

2. 2. Правила безопасности при работе с электричеством и опасными жидкостями

1. Все опыты должны проводиться под присмотром взрослых.

2. Нельзя трогать электролит руками, пробовать его на вкус, вдыхать и использовать не по назначению.  

3. Во время проведения опытов нужно соблюдать чистоту и порядок на рабочем месте и следовать инструкциям безопасности.

4. Опыты нужно проводить только над столом.

5. Перед выполнением опыта изучить по специальной литературе порядок его выполнения.

6. После завершения опыта отключать устройство от источника питания.

7. При проведении данных опытов используются источники с безопасным напряжением, не превышающим 1,5 вольта.

8. Сборка электрических цепей производится при отключенном источнике питания.  

9. Проверка напряжения на источнике питания производится вольтметром.

Примечание: Все опыты с электричеством и едкими жидкостями в данной работе проводились при соблюдении техники безопасности и под руководством взрослых.

2. 3. Опыт №1. Электролит

   Я попытался собрать свою батарейку. Для этого взял электролит - 9% уксус, медный и стальной провод, контейнер для жидкости. Налил уксус в контейнер и погрузил провода в уксусный электролит. Чтобы проверить, будет ли работать такая «батарейка», подключил к концам проводов вольтметр, чтобы замерить напряжение в образовавшейся цепи. (Приложение 3). Максимальное напряжение на этом источнике питания, которое у меня получилось, 0,93 В (вольт). Я доработал свою батарейку. Заменил открытый контейнер на закрытый с крышкой, чтобы электролит не выливался из нее, и ее было удобно использовать. (Приложение 4)

Вывод: Обычная пальчиковая батарейка вырабатывает 1,5 вольта. Получается, чтобы заменить одну пальчиковую батарейку, мне понадобится 2 таких стаканчика, соединенных последовательно. Данную батарейку можно применить, например, в настольных часах.

          2. 4. Опыт №2. Трясогенератор

                Чтобы выработать электроэнергию с помощью трясогенератора нужно вручную перемещать магнит внутри катушки. Для опыта понадобилась стальная трубка, медный провод и магнит. На трубу наматывается медная проволока, чтобы сделать катушку.  Два конца проволоки подключаются к клемам вольтметра, чтобы снять показания прибора. А внутрь трубы размещается магнит. Потом начинаем интенсивно трясти получившуюся катушку.

(Приложение 5, 6). Одно из максимальных напряжений на этом источнике питания получается 0,0066 вольт.

Вывод: Мой трясогенератор оказывается очень слабым. Он выдаёт напряжение меньшее, чем в одной пальчиковой батарейке. Им не получится ничего запитать, т. к. напряжение очень маленькое.

             Но существуют такие фонарики, которые работают на аналогах трясогенератора. В них используются светодиоды, которые не требуют большого напряжения для своей работы. Такие фонарики можно купить в магазине. (Приложение 7). Эти фонарики питаются от электричества, генерируемого мышечной силой человека, поэтому они не требуют замены батарей или перезарядки.

    2. 5. Опыт №3. Солнечная батарея

                 Ячейки солнечной батареи сделаны из двух типов кремния. Когда свет падает на ячейки, происходит реакция, электроны начинают двигаться, получается электрический ток.

                 Для опыта мне потребовалось пластинку солнечной батареи подключить к вольтметру.

  Опыт показал, что при дневном свете вырабатывается напряжение 3,54 вольта. Если батарею закрыть рукой от света, то 0,38 вольта. Если батарею подсветить фонариком — 6,51 вольт.  (Приложение 8, 9)

Вывод: Использовать солнечные батареи наиболее эффективно в дневное время, в наиболее солнечные дни. Ими удобно запитывать небольшие приборы, такие как калькуляторы. (Приложение 10)

III. Заключение

                   В наших опытах самые лучшие результаты показала солнечная батарея — 3,54

         вольта при дневном свете и 6,51 вольт при подсветке фонариком. На втором месте

         электролит — 0,93 вольт. И на третьем месте трясогенератор — 0,0066 вольт.

 Пальчиковая батарейка вырабатывает напряжение 1,5 вольта. Она по-прежнему является самой удобной в использовании. Солнечная батарея может дать большее напряжение, чем пальчиковая батарейка, но она не всегда удобна в использовании и может хорошо работать только в дневное время или при освещении.

Теперь мы знаем, что в случаях различных непредвиденных обстоятельств батарейки и аккумуляторы можно заменить альтернативными источниками питания, такими как электролиты, трясогенераторы, солнечные батареи. Что подтверждает мою гипотезу.

IV. Список литературы

1. Эйвинд Нидал Даль. Электроника для детей — М: «Манн, Иванов и Фербер», 2018 — 285 с.
2. Евсеевичев А.Н. Электричество и магниты — М: ОЛМА Медиа Групп, 2014 - 63 с.
3. Малов В.И. Куда идет электричество? - М.: АСТ, 2016. - 48с.

4. Инструкции по технике безопасности при выполнении лабораторных работ по физике в 7-9 классах
5. Инструкция по правилам безопасности для учащихся в кабинете химии

Приложение 1

Схема устройства батарейки

1 — Положительная клемма

2 — Порошок цинка

3 — Оксид марганца плюс уголь, чтобы проводить ток

4 — Эектролит

5 — Абсорбирующий отделитель

6 — Отрицательная клемма

7 — Стальной «гвоздь» собирает электроны с цинка

8 — Стальная оболочка проводит электроны к марганцу

Приложение 2

 Схема устройства автомобильного аккумулятора

1 — Поток электронов, когда аккумулятор производит ток

2 — Поток электронов, когда аккумулятор заряжается

3 — Электролит (у нас 9% уксус)

4 — Пластина из оксида свинца (у нас медный провод)

5 — Пластина из металлического свинца (у нас стальной провод)

6 — Сульфат свинца

Приложение 3

 Опыт №1. Электролит

Приложение 4

 Самодельная батарейка

Приложение 5

Схема трясогенератора

Приложение 6

Опыт №2. Трясогенератор

Приложение 7

Ручные фонарики без батареек

Приложение 8

Схема солнечной батареи

Приложение 9

Опыт с солнечной батареей

Солнечная батарея работает без света

Солнечная батарея подсвечена фонариком

Приложение 10

Калькулятор на солнечной батарее