Где живет электричество? 8 класс

Цель проекта:
Узнать об источниках тока.
Изучить их виды.
Рассмотреть их применение на практике.

Задачи проекта:
Изучить первые источники тока.
Узнать об их открытии.
Рассмотреть перспективы создания новых источников тока.

Источники тока
В наших домах полно электрических приборов: утюгов, пылесосов, компьютеров и т.д.
Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле.
Электрическое поле в проводниках создается и длительное время поддерживается источниками электрического тока.

Гальванический элемент
В 1790 году Луиджи Гальвани известный итальянский физиолог, исследуя препарированную мышцу лягушачьей лапки, заметил, что она сокращается, если к ней прикоснуться одновременно двумя предметами, сделанными из разных металлов.
Почему так происходит, объяснил другой замечательный итальянский ученый – Алекссандро
Вольта. Своё изобретение Вольта назвал в честь Л. Гальвани гальваническим элементом.

Вольтов столб
Вольта решил, что два металла, разделенные телом, в котором много воды, хорошо проводящей электрический ток, рождают свою собственную электрическую силу. В 1799 году Вольта создал первый искусственный источник электрического тока. Он представлял собой медные и цинковые кружки с суконными прокладками между ними. Прокладки были пропитаны слабым раствором кислоты.

Лейденская банка
Лейденская банка — первый электрический конденсатор, изобретённый голландскими учёными Питер ван Мушенбрук и его учеником Кюнеусом в 1745 в Лейдене.

Сквозь крышку в банку был воткнут металлический стержень. Лейденская банка позволяла накапливать и хранить сравнительно большие заряды, порядка микрокулона. Изобретение лейденской банки стимулировало изучение электричества, в частности, скорости его распространения и электропроводящих свойств некоторых материалов. Выяснилось, что металлы и вода - лучшие проводники электричества. Благодаря лейденской банке удалось впервые искусственным путем получить электрическую искру.

Аккумуляторы
Если к электродам подвести внешнее напряжение, то в элементе будет накапливаться химическая энергия, которую можно снова превратить в электрическую. Такие элементы называются аккумуляторами.
Электрический аккумулятор – это химический источник тока многоразового действия. Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей.
Существует много видов аккумуляторов, но я рассмотрю лишь некоторые из них.

Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастроном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источников электроэнергии
Принцип действия
Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде. При заряде протекают обратные реакции, к которым в конце заряда добавляется реакция электролиза воды, сопровождающаяся выделением кислорода на положительном электроде и водорода — на отрицательном.

Щелочные аккумуляторы
Щелочные металлы бывают двух типов: кадмиево-никелевые и железо-никелевые. Пластины щелочных аккумуляторов представляют собой стальные никелированные рамки с ячейками, в которые помещают пакетики из тонкой (0,1 мм) никелированной перфорированной стали. В пакетики запрессовывается активная масса. Сосудом щелочных аккумуляторов служит стальная сваренная коробка, в крышке которой имеются три отверстия: два для вывода зажимов и одно для заливки электролита и выхода газов. Щелочные аккумуляторы имеют преимущества перед свинцово-кислотными:
они обладают большой выносливостью и механической прочностью
при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений;
имеют меньший вес, чем свинцово-кислотные;
Недостатки щелочных аккумуляторов по сравнению со свинцово-кислотными: меньшая э. д. с; более низкий к. п. д. (52—55%); более высокая стоимость.

Электрофорная машина
Электрофорная машина была создана в 1865 году немецким физиком-экспериментатором Августом Тёплером. Одновременно c Тёплером и независимо от него электрофорную машину изобрел другой немецкий физик Вильгельм Гольц. Машина Гольца по сравнению с машиной Теплера позволяла получать большую разность потенциалов и могла использоваться в качестве источника постоянного тока. В то же время она имела более простую конструкцию. Между 1880 и 1883 годом её усовершенствовал английский изобретатель Джеймс Вимшурст. Используемые в настоящее время для демонстраций электрофорные машины представляют собой модификации машины Вимшурста.

Солнечная энергетика
Солнечный транспорт.
Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях, дирижаблях и т.д. Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется для бортового питания транспортного средства, или для электродвигателя электрического транспорта.
Солнечная энергетика — непосредственное использование солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределенного производства энергии.

Солнечные коллекторы могут применяться для приготовления пищи. Температура в фокусе коллектора достигает 150 °С. Такие кухонные приборы могут широко применяться в развивающихся странах.
Традиционные очаги для приготовления пищи имеют термическую эффективность около 10%. Использование дров для приготовления пищи приводит к массированной вырубке лесов. Например, в Индии от сжигания биомассы ежегодно поступает в атмосферу более 68 млн. тонн СО2.
Домохозяйки при приготовлении пищи вдыхают большое количество дыма, что приводит к увеличению заболеваемости дыхательных путей. По данным Всемирной организации здравоохранения в 2006 году в 19 странах южнее Сахары, Пакистане и Афганистане от заболеваний дыхательных путей умерло 800 тысяч детей и 500 тысяч женщин.
Солнечная кухня

Способы получения электричества и тепла из солнечной энергии
Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;
Достоинства солнечной энергетики
Общедоступность и неисчерпаемость источника.
Теоретически, полная безопасность для окружающей среды.

Фотоэлемент
Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов.
Физический принцип работы солнечных батарей
Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.
Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.
Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с :
отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,
прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,
внутренним сопротивлением преобразователя

Термоэлемент
Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизацииТермопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации отопленияТермопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации отопления, вентиляцииТермопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации отопления, вентиляции и кондиционирования.
Термопара - два провода из разных металлов, спаянных в одной точке. Для измерения разности температур удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу. у термопар очень много преимуществ: имеют очень большой температурный диапазон от -200°С до 1800-2200°С, они просты в использовании и недорогие.

Термоэлектрический генератор
Термоэлектрический генератор (ТЭГ) является устройством, предназначенным для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую при помощи термоэлементов. Он представляет собой соединения ряда «толстых» термопар, помещенных в условия поддерживаемой разности температур на спаях термопар.
Сочетание ТЭГ с атомным источником тепла позволяет создать источники тока для долголетней работы в глубинах космоса при отсутствии освещения Солнцем, на поверхности Луны, в глубинах океанов, в труднодоступных районах Арктики и Антарктики. Атомные ТЭГ и известные электрохимические источники тока в этих условиях дополняют друг друга.Кроме изотопных и реакторных источников тепла, в ТЭГ нашли применения газообразные, жидкие топлива и солнечная энергия.ТЭГ все шире используются в качестве автономных источников тока для электропитания аппаратуры. В зависимости от первичного источника тепла ТЭГ разделяются на радиоизотопные, атомнореакторные, газовые и солнечные.

Заключение
С изобретением каждого нового источника тока ученые, изучавшие электричество, могли не только упростить и улучшить свои лабораторные эксперименты. Они с интересом обнаруживали, что таинственное электричество возникает под действием совершено разнородных сил, например тепла или еще неизвестных химических реакций на границе между металлами и водой в «вольтовых столбах». Лишь проникновение в структуру вещества, в атомную и молекулярную природу материи, позволило понять, что объединяет эти столь различные внешне явления.
Открытия совершенствуются. Каждый год открывают что-то новое, необычное.
Наука не стоит на месте. Она постоянно развивается и в очень быстром темпе. Скоро произойдет открытие новых источников электричества, а может кто-то усовершенствует старые.
Все может быть. Ведь физика, еще не до конца изученная наука.

Выводы:
Я узнала, что электричество можно хранить с дальнейшим использованием.
Познакомилась с первыми источниками тока.
Узнала о современных и перспективных источниках тока.