Лабораторная работа №8.
Водород в качестве источника энергии (топлива).
Возможность аккумулирования водорода.
Цель работы
Показать, что водород может накапливаться и служить источником энергии при его использовании в качестве топлива в топливном элементе.
Убедиться, что энергия может накапливаться в виде топлива и использоваться по мере необходимости
Задание
Доказать, что энергия может вырабатываться как непосредственно при переходе из одной формы в другую, так и накапливаться в виде топлива и использоваться по мере необходимости.
Объяснить, насколько измерения соответствуют теоретическим предпосылкам.
Представить свои измерения и использовать их для объяснения результатов с научной точки зрения.
Комплектующие, необходимые для проведения эксперимента:
солнечный модуль
электролизер
топливный элемент
измерительный модуль-нагрузка
4 кабеля
2 длинных газоподводящих шланга
2 коротких газоподводящих шланга
2 зажима для шлангов
секундомер
схема эксперимента
Дополнительные компоненты:
лампа 100-150 Ватт
дистиллированная вода
амперметр
вольтметр
кабель
Безопасность:
Во время эксперимента наденьте защитные очки и держитесь на расстоянии от источников возгорания. Солнечный элемент нагревается.
Методические указания
Солнечный элемент дает напряжение примерно 320 мВ при токе 200 мА. В случае работы в проточном режиме (смотрите работу № 7) максимальный ток, выдаваемый топливным элементом, также составляет 200 мА. Когда используется накопленный водород, значения тока достигают 500 мА и более. Это делает очевидным ценность топлива, как накопителя химической энергии. Энергия может выделяться из топлива с большей скоростью, чем это возможно при прямом превращении. Накопленная энергия может быть использована вне зависимости от места ее производства, при возникшей необходимости ее потребления в любом месте и в любое время. Количество водорода, накопленное в ходе данного эксперимента (10 мл), может быть преобразовано в полезную энергию для удовлетворения возникшей потребности в ней.
Данный эксперимент может служить основой дискуссии о необходимости накопления энергии в сфере транспорта, промышленности и при обмене веществ у живых организмов.
рис.
Порядок выполнения работы
Соберите установку в соответствии с рис. . Следуйте при этом рекомендациям занятия 7. Составьте таблицу измерений и определите значения максимального тока и максимальной эффективной мощности топливного элемента при постоянной подаче водорода и кислорода от электролизера. Проведите измерение рабочего (выходного) напряжение и рабочего (выходного) тока на солнечном элементе. При этом следуйте предложенным инструкциям:
Перекройте выходной шланг топливного элемента с помощью зажима и установите выключатель измерительного модуля в положение « разомкнуто». При этом газовые потоки будут направлены через топливный элемент. Накапливайте газ до тех пор, пока значение по водороду не составит 10 мл.
Отсоедините солнечный элемент от электролизера и используйте накопленный водород для приведения в действие топливного элемента.
Установите сопротивление в 1 Ом и измерьте ток и напряжение топливного элемента. Проведите измерение времени в течение которого расходуется накопленный водород.
Снова наполните накопитель газа в электролизере и повторите измерения при сопротивлении в 3 Ом.
рис.
Обработка результатов
Рассчитайте мощность, которую отдает солнечный элемент электролизеру и оцените мощность топливного элемента. Определите максимальный возможный ток и максимально достижимую эффективную мощность топливного элемента.
Объясните, какое преимущество имеет работа топливного элемента в режиме накопление водорода по сравнению с работой в проточном режиме протекания (см. занятие 7).