1.3. Биотопливо как альтернативный источник энергии

Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Биотопливо является альтернативным источником энергии

1.2. Основные законы электротехники

Так как мы будем исследовать предполагаемые источники тока, вспомним основные законы электротехники.

Законы последовательного соединения

При последовательном соединении ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников, составляющих батарею: . Считая, что напряжения всех источников одинаковы ( ), можно определить их количество по формуле .

При последовательном соединении сила тока во всех частях цепи одинакова:

Законы параллельного соединения

При параллельном соединении напряжение на разомкнутой батарее такое же, как на отдельном источнике.

При параллельном соединении сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов, текущих в разветвленных участках:

2. Экспериментальная часть

2.1. Фруктовые батарейки

Эксперимент №1

Цель: изготовить источник тока из фрукта или овоща, попытаться зажечь от него светодиод.

Оборудование: фрукты и овощи, 2 монеты из разных металлов - 5 и 10 рублей (для удобства их можно заменить медной и цинковой пластинами), мультиметр, светодиод.

Ход работы: Поместить в лимон 2 монетки из разных металлов (5 и 10 рублей) на расстоянии в несколько сантиметров друг от друга. Приложить клеммы вольтметра или амперметра к монеткам. Зарегистрировать наличие или отсутствие напряжения или тока. Подключить светодиод к полученному источнику тока и проверить, горит он или нет. Аналогичные опыты провести с картофелем, яблоком и луком.

Результаты опытов отражены в Приложении (таблица 1).

Таблица 1

	Лимон	Картофель	Яблоко	Лук
Напряжение, мВ	0,69	0,61	0,64	0,54
Сила тока, мА	0,24	0,32	0,08	0,09
Горение светодиода	Не горит	Не горит	Не горит	Не горит

Выводы:

• Так как вольтметр регистрирует напряжение, а амперметр – ток, это говорит о том, что овощи и фрукты могут работать как источники энергии.

• Измерения показывают, что самое высокое напряжение дает лимон, а самое низкое – лук.

• Выработанного одним фруктом или овощем напряжения и тока недостаточно для того, чтобы загорелся светодиод.

Определим факторы, влияющие на величину напряжения в изготовленных источниках тока.

Эксперимент №2

Цель: выявить зависимость напряжения от массы исследуемого фрукта или овоща.

Оборудование: овощи и фрукты одного вида, но разной массы, медная и цинковая пластины, весы, мультиметр.

Ход работы: Взять три клубня картофеля разной массы, изготовить из них источники тока и измерить выдаваемое ими напряжение и ток. Аналогичные опыты провести с лимоном.

Результаты опытов отражены в Приложении (таблица 2).

Таблица 2

Овощ/фрукт	Масса, г	Напряжение, мВ	Сила тока, мА
Картофель	131	0,7	0,43
	84	0,68	0,38
	43	0,64	0,4
Лимон	125	0,69	0,29
	92	0,64	0,24
	32	0,6	0,28

Вывод:

• Вырабатываемое овощами и фруктами напряжение и ток, почти не зависят от их массы.

Эксперимент №3

Цель: выявить зависимость напряжения от площади электрода, погруженного в исследуемый овощ или фрукт.

Оборудование: фрукты и овощи одинаковой массы, пластины из меди и цинка, линейка, весы, мультиметр.

Ход работы: При изготовлении источников тока из картофеля ввести электроды сначала на одну, затем на другую глубину, тем самым изменяя их площадь соприкосновения с овощем. Площадь электродов вычислить, умножив ширину электрода на глубину его погружения (формула площади прямоугольника: ). Вольтметром и амперметром измерить напряжение и ток.

Результаты опытов отражены в Приложении (таблица 3).

Таблица 3

Овощ/фрукт	Цинковая пластина			Медная пластина			Напряжение, мВ	Сила тока, мА
	Ширина, мм	Глубина погружения, мм	Площадь, мм2	Ширина, мм	Глубина погружения, мм	Площадь, мм2
Лимон	15	10	150	15	10	150	0,70	0,21
Картофель	15	20	300	15	20	300	0,72	0,31

Вывод:

• Чем больше площадь электрода, помещенного в овощ или фрукт, тем больше вырабатываемая сила тока.

Эксперимент №4

Цель: увеличить напряжение с помощью последовательного соединения овощей.

Оборудование: несколько исследуемых овощей одного вида, пластины из меди и цинка, мультиметр, соединительные провода, светодиод, лампа.

Ход работы: Последовательно соединить 1, 2, 3 и т. д. картофелины, измеряя напряжение и ток, выдаваемые батареей. Подобрать необходимое их количество картофелин для загорания светодиода.

Результаты опытов отражены в Приложении (таблица 4).

Таблица 4

Овощ	Количество	Напряжение, мВ	Сила тока, мА	Горение светодиода
Картофель	1	0,68	0,38	Не горит
	2	1,61	0,28	Не горит
	3	2,52	0,30	Не горит
	4	3,2	0,32	Не горит
	5	3,87	0,34	Горит

Выводы:

• При последовательном соединении общее напряжение батареи увеличивается с увеличением количества овощей, сила тока практически не меняется.

• Для горения светодиода достаточно пяти картофелин, соединенных последовательно.

Эксперимент №5

Цель: увеличить силу тока с помощью последовательного соединения овощей.

Оборудование: несколько исследуемых овощей одного вида, пластины из меди и цинка, мультиметр, соединительные провода, светодиод, лампа.

Ход работы: Параллельно соединить 1, 2, 3 и т. д. картофелины, измеряя напряжение и ток, выдаваемые батареей.

Результаты опытов отражены в Приложении (таблица 5).

Таблица 5

Овощ	Количество	Напряжение, мВ	Сила тока, мА
Картофель	1	0,78	0,38
	2	0,81	0,43
	3	0,80	0,53
	4	0,78	0,62
	5	0,82	0,71

Вывод:

• При параллельном соединении общий ток, вырабатываемый батареей увеличивается с увеличением количества овощей, напряжение практически не меняется.

Эксперимент №6

Цель: увеличить напряжение или ток изготовленного источника тока с помощью подручных средств.

Оборудование: овощи и фрукты одинаковой массы, пластины из меди и цинка, мультиметр, чайная ложка, весы, стакан, вода, соль, сода, уксусная эссенция.

Ход работы: Ложкой сделать отверстие глубиной примерно 1,5 см с верхней стороны картофеля. Залить соляной раствор в углубление. Поместить в картофель электроды и оставить на 5 минут, пока реакция не вступит в силу. Измерить напряжение и ток. Аналогичные опыты повторить, используя уксусную эссенцию и соду.

Результаты опытов отражены в Приложении (таблица 6).

Таблица 6

Овощ	Добавка
	Соль		Уксусная эссенция			Сода
	Напряжение, мВ	Сила тока, мА	Напряжение, мВ	Сила тока, мА	Напряжение, мВ		Сила тока, мА
Картофель без добавки	0,66	0,26	0,62	0,25	0,66		0,24
Картофель с добавкой	0,75	1,67	0,70	0,52	0,72		0,94

Выводы:

• При введении в овощ добавок происходит увеличении силы тока и напряжения.

• Сила тока увеличивается лучше всего при введении в овощ соли.