Альтернативность электрического тока в повседневной жизни человека.

 

Научно-исследовательская работа  

 

 

 

   

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

I.Введение……………………………………………………………………………….....3

II. Роль электрического тока в современном обществе

2.1.  Немного истории. Электрический ток , что это такое? …………..……………....4

2.2.  Актуальность выбранной темы исследования……………..…………… ……..….5

2. 3. Электрический ток. Что это такое?....………………………..…….…….……....…6

2.4.  Зачем нужно экономить энергию ?…………………………………………………9

2.5.  Электрический ток в повседневной жизни человека..............................................11

III. Практическая часть

3.1. Оптимальные источники электрического тока……...…………………………..…13

IV.  Заключение …………………………………………………………..........................18

V. Список рекомендуемой литературы. ………………………………………………...19

V I. Приложение ………………………………………………………………….………20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Введение.

«Когда нет жизни, молчит мудрость,

не может расцвести искусство,

не играют силы, бесполезно богатство

и бессилен разум».

                                                    ( Геродот)

   

       Значение электрической энергии в жизни каждого из нас настолько велико, что его трудно оценить. Сейчас трудно представить современный дом или квартиру, в которой отсутствовали бы осветительные приборы. Мы так привыкли, щёлкнув выключателем, в любое время суток зажигать свет, что с трудом верим, что полтора века назад электрическое освещение отсутствовало. Чем же люди пользовались до него?

      Сегодня мы с трудом представляем, как человек больше сотни лет назад мог обходиться без электричества. Ведь электроэнергия для современного общества – это основа всех видов человеческой деятельности.  Но немногие из нас задумываются, как это благо цивилизации попадает к нам. Путь его долог  по сложным системам электрических коммуникаций в виде  проводов  и кабелей. Провода и кабели это артерии кровеносной системы питающей электрической энергией промышленные предприятия и организации. Это свет и тепло в наших квартирах и домах. Все эти элементы транспортировки электрической энергии выполняют второе по значимости после генерирования действие,  доставляют электричество конкретно каждому из нас. Оценить значение электрической энергии нашей жизни мы можем только тогда, когда эта энергия внезапно пропадает. Это как большая полноводная река, могучая и сильная, несущаяся с гор, вырвавшись на равнину, начинает делиться на множество речек, ручьев и ручейков.

      Но в настоящее время очень остро поднимается проблема нехватки энергетических ресурсов. Ведь человеческая цивилизация очень динамична. Но запасы нефти, угля, газа не бесконечны. Чем больше мы используем эти виды энергетического сырья, тем меньше их остается, и тем дороже с каждым днем они нам обходятся. Существует опасность, что основные виды традиционного топлива будут исчерпаны.  Неизбежность топливного дефицита в настоящее время ни у кого не вызывает сомнения.
       Гипотеза: Если электрический ток окружает человека повсюду, то какими оптимальными источниками его можно получить.

       Целью этого исследования: создание источников электроэнергии своими руками и рассмотреть всевозможные способы использования овощей и фруктов в качестве источника тока.

      Задачи исследования:

1.      Изучить информацию об источниках тока.

2.      Составить гальванические элементы на основе предметов используемых в повседневной жизни с помощью  различных металлов.

Методы исследования:

1.      Экспериментальный метод;

2.      Метод наблюдения;

3.      Метод обработки результатов;

4.      Метод сравнения.

5.      Метод эмпирического исследования. 

    Проблема нахождения чистой энергии в XXI веке стоит остро. В современном мире человечество нуждается в электроэнергии каждый день. Она нужна как большим предприятиям, так и в быту. На ее выработку тратится много средств. И поэтому счета за электроэнергию растут каждый год. Те предприятия, которые могут вырабатывать дешёвую электроэнергию, наносят большой ущерб экологии, который потом отражается на окружающей среде и нашем здоровье. А те предприятия, которые вырабатывают более экологически чистую электроэнергию, как, к примеру, гидроэлектростанции, требуют больших затрат. Поэтому меня заинтересовала данная тема.

II. Роль электрического тока в современном обществе.

1.1 Немного истории.

Электрические явления, что это такое?

Начальные знания об электризации трением относятся к глубокой древности. Так, электризация янтаря при трении была известна в VI веке до н.э. греческому философу Фалесу из Милета. Однако историю науки об электрических явлениях можно начать с исследований Вильяма Гильберта, врача английской королевы Елизаветы. Первое сочинение по электричеству и магнетизму Гильберт опубликовал в 1600 году, где описал электризацию трением; здесь же он впервые в истории науки применил термин «электричество» ( от греческого слова «электрон», что означает «янтарь»). Гильберт установил, что стекло, смолы и многие другие вещества также электризуются при трении. Натертые шелком или сукном, они притягивают пушинки, соломинки и т.п.

Первую электрическую машину в 1650 году построил немецкий ученый Отто  Герике. Сначала он изготовил из серы большой шар. Натирая рукой шар, Герике наблюдал притяжение к нему легких предметов. Для большего удобства ученый установил шар на оси в особом станке. Вращая с помощью рукоятки шар и прижимая к нему ладонь, его можно было наэлектризовать. С помощью этой электрической машины Герике произвел много опытов. Наблюдая притяжение легких тел к наэлектризованному шару, он заметил, что пушинки и кусочки бумаги, коснувшись шара, отскакивали от него. Герике удалось даже заставить пушинку, коснувшуюся шара, плавать над наэлектризованным шаром в воздухе. Но объяснения этому явлению Герике не нашел.

В 1729 году английский физик Стефан Грей открыл существование проводников и непроводников электричества. Испытывая различные тела природы, Грей установил, что электричество распространялось по металлическим проволокам, угольным стерженькам, пеньковой бечевке, но оно не передавалось по каучуку, воску, шелковым нитям, фарфору, которые могут служить изоляторами, предохраняющими от утечки электричества. К числу хороших проводников, как показали опыты Грея, принадлежат ткани тела человека и животных.

Первые приборы для обнаружения электричества и количественного изучения электрических явлений появились в XVIII веке. Один из первых электроскопов в 1745 году построил академик Петербургской Академии наук Георг Вильгельм Рихман. Электроскоп Рихмана состоял из железной линейки, против ребра которой была подвешена льняная нить, внизу имелась шкала. Когда линейка была наэлектризована, нить отталкивалась. С помощью этого прибора Рихман проделал много опытов, особенно по изучению электрического поля вокруг заряженных тел и по электризации металлов.

В 1750-1780 гг. увлечение «электричеством от трения» было всеобщим. Проводились опыты по электризации людей, воспламенению спирта от искры и т.п. Электрическая машина, с помощью которой вы сами проделываете эффективные опыты в физическом кабинете, изобретена в 1870 году Уимшерстом.

                   2.2 Актуальность выбранной темы исследования

         Представить себе жизнь без электрической энергии уже невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос, наш быт. Столь широкое распространение объясняется ее специфическими свойствами: возможностью превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и т.п.); способностью относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах; огромными скоростями протекания электромагнитных процессе.

      В глобальном понимании электроэнергия играет одну из главных ролей в жизнедеятельности, как одного человека, так и всего населения планеты. Еще в древности люди начали добывать энергию. Все началось с добычи огня, ведь огонь это и есть та энергия, которая необходима для жизнедеятельности человека. Самый большой рывок в этой сфере, в сфере производства электроэнергии припадает на эпоху индустриального прорыва, когда промышленность требует все новых и новых мощностей.
     Согласно статистическим данным, современный человек употребляет в сто раз больше энергетических ресурсов, чем древний житель. Это связано с тем, что электроэнергия прочно внедрилась в быт современного человека. Так же электроэнергия - это удобство и благо, без которых не видит смысла жизни современный человек и развитие отраслей : сельского хозяйства, научных разработок в области здравоохранения и приборостроения.

  Первый скачок в росте энергопотребления произошел, когда человек научился добывать огонь и использовать его для приготовления пищи и обогрева своих жилищ. Источниками энергии в этот период служили дрова и мускульная сила человека. Следующий важный этап связан с изобретением колеса, созданием разнообразных орудий труда, развитием кузнечного производства. К XV в. средневековый человек, используя рабочий скот, энергию воды и ветра, дрова и небольшое количество угля, уже потреблял приблизительно в 10 раз больше, чем первобытный человек.

       В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей.

 

С развитием в 1940 году ядерной физики, учеными было сделано много полезных открытий в области добычи электроэнергии. Так с помощью проведения исследований уже в 1954 году была введена в эксплуатацию первая атомная электростанция. Мощность данной атомной электростанции составила 5мВт. Создание таких атомных электростанций привило к росту выпуска продукции на производстве. Все механизмы от малого до великого приводятся в движении с помощью электроэнергии. Это намного сокращает время изготовления деталей плюс экономия человеческих ресурсов. Особенно сейчас автоматизированное производство дает больший коэффициент полезного действия, чем человеческие руки.   Не следует забывать, что внедрение альтернативных источников энергии тоже играет немаловажную роль для жизнедеятельности человечества. Это связано с тем чтоб уберечь природу от атомного загрязнения, так как аварии на атомных электростанциях приводят к ужасающим последствиям. Но есть и обратная сторона медали, при использовании человеком электроэнергии, существует риск облучения и поражения внутренних органов . Так же добыча электроэнергии пагубно влияет на природу и экологию всей территории земли. Особенно это ярко выражается на территории гидроэлектростанций, при которых изменение самого русла реки приводит к изменению водного мира данного водоема. Но, несмотря на негативные факторы, которые влияют на организм, человечество изобретает все новые и новые технологии и приборы, тем самым облегчая жизнь в целом мире.

    2.3 Электрический ток.  Источники электрического тока.

      Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения и существования в течение нужного нам времени?

      Слово «ток» означает движение или течение чего-то. Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается  и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока. В настоящее время человечество использует  четыре основные источника тока: статический, химический, механический и полупроводниковый(солнечные батареи),  но во всяком из них совершается работа  по  разделению  положительно  и  отрицательно  заряженных частиц. Раздельные частицы накапливаются на полюсах источника тока, - так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой - отрицательно. Если полюсы соединить проводником, то под действием поля свободные заряженные частицы в проводнике будут двигаться, возникнет элек­трический ток.

         До  1650 года - времени, когда в Европе пробудился большой интерес к электричеству,  -  не было известно способа легко получать большие электрические заряды. С ростом числа ученых, заинтересовавшихся исследованиями электричества, можно было ожидать  создания  все  более  простых  и  эффективных способов получения электрических зарядов.

        Отто фон Герике придумал первую электрическую машину. Он налил расплавленную серу внутрь полого стеклянного шара, а затем, когда сера затвердела, разбил стекло, не догадываясь  о том, что сам стеклянный шар с  не меньшим успехом  мог бы послужить  его  целям. Затем  Герике  укрепил  серный  шар так, чтобы  его  можно  было  вращать  рукояткой. Для получения заряда надо было  одной  рукой  вращать  шар, а другой - прижимать к нему кусок кожи. Трение поднимало потенциал  шара до  величины,  достаточной,  чтобы  получать  искры длиной в несколько сантиметров.

Дело  в  том , что   мощные  заряды,  которые  можно было создавать на телах с помощью  электростатической  машины Герике, быстро исчезали. Вначале думали, что причиной этого  является  «испарение»  зарядов.  Для  предотвращения  «испарения»  зарядов  было  предложено  заключить заряженные тела в закрытые сосуды, сделанные из изолирующего материала.  Естественно,  в  качестве  таких  сосудов были выбраны стеклянные бутылки, а в качестве электризуемого материала -  вода,  поскольку   ее   было  легко   наливать  в  бутылки. Чтобы  можно было зарядить воду , не  открывая  бутылку,  сквозь  пробку  был пропущен гвоздь. Замысел  был  хорош,  но по причинам ,  в то время непонятным, прибор работал не столь уж удачно. В результате интенсивных экспериментов вскоре же было открыто, что запа­сенный заряд и тем самым силу электрического удара можно резко увеличить ,  если  бутылку  изнутри  и  снаружи  покрыть  проводящим материалом, например тонкими листами фольги. Более того, если соединить  гвоздь  с  помощью  хорошего  про­водника  со  слоем металла внутри бутылки, то оказалось, что можно  вообще обойтись без воды.

        Первый  кто  от­крыл  иную  возможность  получения  электричества,  нежели с помощью элек­тризации трением, был итальянский   ученый Луиджи Гальвани (1737-1798). Он был по специальности  биолог, но  ра­ботал  в  лаборатории,  где  проводились опыты  с  электричеством. Галь­вани  наблюдал  явление, которое было известно многим еще до него;  оно заключалось в   том,  что  если  ножной нерв  мертвой  лягушки  возбудить  искрой  от  электрической машины, то начинала сокращаться вся лапка.  Но  однажды Гальвани заметил, что лапка пришла в движение, когда с  нервом  лапки соприкасался   только   стальной  скальпель.  Удивительнее   всего было то , что  между  электрической  машиной  и  скальпелем не было никакого контакта. Это  поразительное  открытие заставило Гальвани поставить ряд опытов для обнаружения причины электрического тока. Один из экспериментов был поставлен Гальвани с целью выяснить, вызывает ли такие же движения в лапке электричество молнии. Для этого Гальвани подвесил на латунных крючках несколько лягушачьих лапок в окне, закрытом железной решеткой. И он нашел, в противоположность своим ожиданиям, что сокращения лапок происходят в любое время, вне всякой зависимости от состояния погоды. Присутствие рядом электрической машины или другого источника электричества оказалось не нужным. Гальвани установил далее, что вместо железа и латуни можно использовать любые два разнородных металла, причем комбинация меди и цинка вызывала явление в наиболее отчетливом виде. Стекло, резина, смола, камень и сухое дерево вообще не давали никакого эффекта. Таким образом, возникновение тока все еще оставалось тайной. Где же появляется ток - только в тканях тела лягушки, только разнородных металлах или же в комбинации металлов и тканей? К сожалению, Гальвани пришел к заключению , что ток возникает исключительно в тканях тела лягушки. В результате его современникам понятие «животного электричества» стало казаться гораздо более реальным, чем электричества    какого-либо другого происхождения.

       Другой итальянский ученый Алессандро Вольта(1745-1827) окончательно доказал, что если поместить лягушачьи лапки в водные растворы некоторых веществ, то в тканях лягушки гальванический ток не возникает. В частности, это имело место для ключевой или вообще чистой воды; этот ток появляется при добавлении к воде кислот, солей или щелочей. По-видимому, наибольший ток возникал в комбинации меди и цинка, помещенных в разбавленный раствор серной кислоты. Комбинация двух пластин из разнородных металлов, погруженных в водный раствор щелочи, кислоты или соли, называется гальваническим (или химическим)  элементом.

      Если бы средствами для получения электродвижущей силы служили только трение и химические процессы в гальванических элементах, то стоимость электрической энергии, необходимой для работы различных машин, была бы исключительно высокой. В результате огромного количества экспериментов учёными разных стран были сделаны открытия, позволившие создать механические электрические машины, вырабатывающие относительно дешёвую электроэнергию.

      В начале 19 века Ганс Христиан Эрстед сделал открытие совершенно нового электрического явления, заключавшегося в том, что при прохождении тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле. Спустя несколько лет, в 1831 году, Фарадей сделал ещё одно открытие, равное по своей значимости открытию Эрстеда. Фарадей обнаружил, что когда движущийся проводник пересекает силовые линии магнитного поля, в проводнике наводится электродвижущая сила, вызывающая ток в цепи, в которую входит этот проводник. Наведённая ЭДС меняется прямо пропорционально скорости движения, числу проводников, а также напряжённости магнитного поля. Иначе говоря, наведённая ЭДС прямо пропорциональна числу силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени. Когда проводник пересекает 100000000 силовых линий за 1 сек, наведённая ЭДС равна 1 Вольту. Перемещая вручную одиночный проводник  или проволочную катушку в магнитном поле, больших токов получить нельзя. Более эффективным способом является намотка провода на большую катушку или изготовление катушки в виде барабана. Катушку затем насаживают на вал, располагаемый между полюсами магнита и вращаемый силой воды или пара. Так, в сущности, и устроен генератор электрического тока, который относится к механическим источникам электрического тока, и активно используется человечеством в настоящее время. 
     Солнечную энергию люди используют с древнейших времён. Ещё в 212 г. до н. э. с помощью концентрированных солнечных лучей они зажигали священный огонь у храмов. Согласно легенде приблизительно в то же время греческий учёный Архимед при защите родного города поджёг паруса кораблей римского флота.

       Солнце представляет собой удалённый от Земли на расстояние 149,6 млн. км термоядерный реактор, излучающий энергию, которая поступает на Землю главным образом в виде электромагнитного излучения. Наибольшая часть энергии излучения Солнца сосредоточена в видимой и инфракрасной части спектра. Солнечная радиация - это неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой энергии. Без ущерба для экологической среды может быть использовано 1,5 %  всей падающей на землю солнечной энергии, т.е. 1,62 *10 ¹⁶  киловатт\часов в год, что эквивалентно огромному количеству условного топлива - 2 *10 ¹²  т.

Усилия  конструкторов идут по пути использования фотоэлементов для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотопреобразователи, называемые также солнечными батареями, состоят из ряда фотоэлементов, соединенных последовательно или параллельно. Если преобразователь должен заряжать аккумулятор, питающий, например, радиоустройство в облачное время, то его подключают параллельно к выводам солнечной батареи ( рис. 3). Элементы применяемые в солнечных батареях, должны обладать большим КПД, выгодной спектральной характеристикой,  малой стоимостью, простой конструкцией и небольшой массой. К сожалению, только немногие из известных на сегодня фотоэлементов отвечают хотя бы частично этим требованиям. Это прежде всего некоторые виды полупроводниковых фотоэлементов. Простейший из них - селеновый. К сожалению, КПД лучших селеновых фотоэлементов мал(0,1...1 %).   

 Основой солнечных батарей являются кремниевые фото-преобразователи, имеющие вид круглых или прямоугольных пластин толщиной 0,7 - 1 мм и площадью до 5 - 8 кв.см. Опыт показал, что хорошие результаты дают небольшие элементы, площадью  около  1 кв. см.,  имеющие КПД около 10 %. Созданы также фотоэлементы из полупроводниковых металлов с теоретическим КПД 18 %. Кстати, практический КПД фотоэлектрических преобразователей ( около 10 %) превышает КПД паровоза ( 8 %), коэффициент полезного использования солнечной энергии в растительном мире (1 %), а также КПД многих гидротехнических и ветровых устройств. Фотоэлектрические преобразователи имеют практически неограниченную долговечность. Для сравнения можно привести значения КПД различных источников электрической энергии ( в процентах) : теплоэлектроцентраль - 20-30, термоэлектрический преобразователь - 6 - 8, селеновый фотоэлемент - 0,1 - 1, солнечная батарея - 6 - 11,  топливный элемент - 70, свинцовый аккумулятор - 80 - 90.

             В 1989 г. фирмой Боинг  (США) создан двухслойный фотоэлемент, состоящий из двух полупроводников -  арсенида и антимонида галлия - с коэффициентом преобразования солнечной энергии в электрическую, равным 37 %,  что вполне сопоставимо с КПД современных тепловых и атомных электростанций. Недавно удалось доказать, что фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии теоретически позволяет использовать энергию Солнца с КПД, достигающим 93 %! А ведь первоначально считалось, что максимальный верхний предел КПД солнечных элементов составляет не более 26 %, т.е. значительно ниже КПД высокотемпературных тепловых машин.

            Солнечные батареи пока используются в основном в космосе, а на Земле только для электроснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолётов. По мере совершенствования солнечных батарей они будут находить применение в жилых домах для автономного энергоснабжения , т.е. отопления и горячего водоснабжения, а также для выработки электроэнергии для освещения и питания бытовых электроприборов.

2.4   Зачем нужно экономить энергию.

Начнем с хорошо известного всем факта, энергия – основа жизни на земле. Энергия всегда играла важнейшую роль в жизни человека, потому что любые его действия связаны с затратами энергии. Любой человек, любая семья, любое сообщество не могут обходиться без потребления энергии. Человек с давних пор искал все новые способы преобразования энергии для своих нужд и технический прогресс, который он совершил за последние два столетия, преобразил его быт до неузнаваемости. Проделав такой исторический путь и достигнув таких результатов, зачем же нужно экономить энергию? Простому человеку может быть не совсем понятно. В нашем сознании бытует мнение, – если есть средства и оплачивается потребление энергоносителей, то зачем экономить?

    Реалии энергетического кризиса: холод в домах, парализация части промышленности и транспорта, рост цен, карточки на нефтепродукты. Топливный кризис стимулировал разработку и внедрение энергосберегающих технологий в больших масштабах. Энергосберегающая техника и технологии в свою очередь способствовали успешному решению экологических проблем.

    В наши дни для преодоления экономического кризиса требуется больше кап вложений для добычи углеводородного топлива, что сказывается на постоянном росте цен на топливо и электроэнергию. Как бы ни были сложны экономические преобразования, реализация тех или иных программ по энергосбережению в масштабах государства, это обязательно коснется отдельного человека. И чтобы быть готовым защитить себя и создать комфортные условия для проживания в своем жилище, мы должны заниматься экономией энергии. Главные мотивирующие факторы, которые стимулируют нас двигаться в этом направлении:  уменьшение влияния на окружающую среду,  повышение комфорта жилья; экономия денег; объем энергоресурсов который остается детям;

поиск и освоение альтернативных источников энергии.  Остановимся на них более подробно.

      Экономим энергию, уменьшаем влияние на окружающую среду.

Возможности по преобразованию и использованию энергии неузнаваемо преобразили и улучшили условия жизни человека. Однако, с новыми возможностями у нас появились и энергии в несколько тысяч раз, израсходована значительная часть ископаемого топлива, накопленная в земле в течение миллионов лет. Одновременно с увеличением потребления энергии, необратимо загрязняется окружающая среда и повышается влияние «парникового эффекта», который вызывает на земле необратимые последствия. Свидетельство тому участившиеся наводнения, штормы, цунами, землетрясения и засухи. По сравнению с 18-м веком выбросы углекислого газа в атмосферу увеличились вдвое. Если мы признаем, что глобальное потепление это реальность, то должны изменить свое отношение к проблеме потребления первичных энергоресурсов, а значит заниматься реальным энергосбережением и максимальным использованием источников альтернативной энергетики,  значит, необходимо экономить энергию.

Экономим энергию, повышаем комфорт жилья.

Глобальное потепление напрямую связано с концентрацией углекислого газа в атмосфере, самый быстрый и дешевый способ его сокращения – повышение энергоэффективности использования энергии. Не нужно быть специалистом, чтобы понять, что большая часть потенциала энергосбережения находится в наших домах, жилых зданиях и сооружениях. Уже сейчас подсчитано, что до 30% энергии, приходящей на душу населения, тратится в домашнем хозяйстве. Почти в каждой семье есть холодильник, телевизор, стиральная машина. Все чаще в наших квартирах появляются компьютеры, посудомоечные машины, кухонные комбайны, электрочайники и другие приборы. Поэтому, разработаны доступные способы экономии энергии в быту. Это, применение новых теплоизоляционных материалов при утеплении стен, окон, дверей, позволяют увеличить температуру в помещении на 2 – 3⁰С, без дополнительного затрата тепла. Установка систем автоматики и регулировки в системах горячего, холодного водоснабжения и отопления, позволяют сократить расходы до 30%. Замена ламп накаливания на люминесцентные и установка бытовых электроприборов класса «А», снижает электропотребление на 20% - 25%. Чтобы повысить комфорт в доме – необходимо экономить энергию.

Экономим энергию, экономим деньги.

Каждая семья формирует свой бюджет, его доходную и расходную части. В расходной части семейного бюджета важную составляющую играют коммунальные платежи. Постоянный рост тарифов на энергоносители и коммунальные платежи вызывают тревогу и озабоченность в каждой семье. Потребление энергию составляет от 8% до 15%. Прогнозы не утешительны, цены на газ и электроэнергию будут расти. Затраты на тепло и электричество в нашем жилье можно сократить наполовину. Как правило, усилия и денежные расходы на энергосбережение в домашнем хозяйстве  не только повышают комфорт и делают условия в помещениях более здоровыми.

      Понятие «умный дом» это встроенные информационные системы, которые можно установить в доме и с их помощью контролировать бытовые электроприборы. Система контроля сама выбирает подходящий для потребления энергии момент времени. Достаточно настроить панель управления, чтобы оставить работающей технику и оборудование. Тогда система контроля будет включить ее в наиболее выгодный период, когда плата за электроэнергию ниже (здесь идет речь о разнице в цене за электроэнергию по двухставочному тарифу).  Строящиеся дома могут использовать возобновляемую энергию: от ветроэнергоустановки, солнечных батарей и т.п.  Европейским парламентом принята резолюция, в соответствии с которой,  все новые здания, начиная с 2019 года, должны иметь нулевой энергетический баланс. Это означает, что все строящиеся здания будут производить за счет использования возобновляемых источников столько же энергии, сколько ими потребляется. Недалек тот час, когда на всем постсоветском пространстве будут приняты такие же резолюции.

     Альтернативные источники энергии неисчерпаемы. Цель поиска альтернативных источников энергии – потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. То есть, если наступит такой этап в развитии человечества, когда все исчерпаемые источники — нефть, газ, уголь, исчезнут, то оно сможет воспользоваться этими источниками, если запасется хотя бы необходимыми технологиями.

Итак, необходимо экономить энергию. Экономия энергии это не только экономия денег и создание необходимого комфорта, но и забота о детях и нашей планете. Каждый из нас является частью планеты и любое действие или бездействие способно повлиять на развитие событий

    2.5 Электрический ток в повседневной жизни человека.

      Прирученный электрон доставляет в наши дома и квартиры свет и тепло, связывает нас с внешним миром посредством сети интернет и с помощью телефонной связи. Однако многие из нас даже не задумываются о том, что электрический ток безопасен только до тех пор, пока находиться под «замком» изоляции проводов и, вырвавшись оттуда, может стать безжалостным зверем готовым сжечь ваше жилье, а в некоторых случаях способным убить вас.

       Электрический ток опасен тем, что человек не может определить своими органами чувств его наличие и зачастую поражение током для человека становиться полной неожиданностью. Детская шалость, несоблюдение правил техники безопасности, беспечность – все это причины тех случаев, когда электричество не помогало, а вредило человеку. Причем не замечать опасности уже вошло в нашу привычку с детства. Скажите, вы задумывались, когда-нибудь вставляя штепсель в розетку о том, что от удара электрическим током вас разделяет всего несколько миллиметров полимера? Вот видите, нет. Даже заведомо зная, что «вилка» или шнур повреждены мы все равно надеемся на русский «авось» и с мыслью «потом изолентой замотаю» включаем прибор в сеть.

Электрический ток опасен для человека, и это мы тоже знаем с детства, но в большинстве случаев нам не объясняют почему, ограничиваясь простым «нельзя». Может быть, именно по этой причине столько детей, движимых простым любопытством, получает серьезные травмы или даже погибают от воздействий электрического тока.

     Да что говорить о детях, когда даже не каждый взрослый может толково объяснить, чем опасен электрический ток. Ведь вроде бы и информация по данному вопросу открыта и доступна, но все равно расширить свой кругозор нам не хватает, то времени, то желания.

    Первое, что нужно знать об электричестве это то, что сила повреждения человеческого организма зависит не от напряжения, а именно от тока, примером тому могут служить, популярные сегодня, биостимуляторы для наращивания мышц и сжигания жировых клеток. Напряжение в данных приборах может достигать 1000 вольт, однако сила тока настолько мала, что человек получает только стимуляцию мышц. Электрический ток бывает двух видов постоянным и переменным. Встретить постоянный ток можно, например, в батарейках или аккумуляторе автомобиля. Четкое разделение на «плюс» и «минус» определяют постоянный ток. С переменным током все несколько сложнее. Дело в том, что полярность при переменном токе меняется с определенной частотой, то есть «плюс» и «минус» меняются местами. Например, стандартом для нашей электрической сети является частота в 50 герц, то есть «плюс» и «минус» поменяются местами 100 раз в секунду. Говорить что один род тока вызовет более плачевные последствия чем другой нельзя, они по разному влияют на человеческий организм и последствия их воздействия зависят от окружающей среды и физического состояния организма человека.

    Воздействие постоянного электрического тока на человека, как и переменного так же определяется его силой. При силе тока в 0,6 – 3 миллиампера не ощущается человеком. В 5 — 10 миллиампер вы почувствуете легкий зуд в месте прикосновения с электродом и нагревание.

    При воздействии электрического тока в 20 – 25 миллиампер помимо зуда и нагревания участка кожи соприкасающегося с токоведущим элементом вы ощутите сокращение мышц. 50 – 80 миллиампер вызывают сильное сокращение мышц, в некоторых случаях паралич дыхания. 90 -100 миллиампер, при длительном воздействии, является смертельными для человеческого организма, так как вызывают сокращение дыхательных путей, смерть наступает от удушья. Что касается переменного электрического тока то при воздействии на человеческий организм тока силой 0,6 – 1,5 миллиампера ощущается легкое дрожание пальцев, при воздействии 2 – 3 миллиампер дрожание усиливается. При 5 – 10 миллиампер начинаются сильнейшие судороги, сопровождающиеся острой болью в мышцах, при этом еще вполне возможно самостоятельно оторваться от токоведущих элементов. Воздействие тока 20 – 25 миллиампер характеризуется полным параличом, дыхание становиться затрудненным, освободиться самостоятельно практически невозможно. 50 – 80 миллиампер вызывает трепетание желудочков сердца и паралич дыхательных путей. 90-100 миллиампер останавливают сердечную мышцу, наступает клиническая смерть  (см. приложение 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

III. Практическая часть.

3.1 Оптимальные  источники  электрического тока.

    Об электричестве люди знали уже в 1700 году, но добывать его в гигантских масштабах научились только 100 лет назад. Его добывали из тепла, силы воды, внутренней энергии атома, силы ветра. Электростанций много и каждая наносит вред экологии. На их строительство и обслуживание требуется много средств. Из чего же тогда вырабатывать электроэнергию? В основе принципа электрической батарейки или аккумулятора - это кислота и взаимодействующий с ней металл. Эту кислоту создают в лабораториях.  Можно самостоятельно кислотно -щелочную среду, используя предметы из повседневной жизни. Любой продукт используемый нами обогащает нас энергией. Если продуты взаимодействуют друг с другом, то выделяемая мощность увеличивается. Продемонстрируем это явление на следующем опыте:

Приборы: 2 кусочка сахара,  медный и цинковый провода, раствор уксусной кислоты, лампочка.

1 шаг :В сахаре делаем небольшие отверстия, чтобы сахар не раскололся. Вставляем в отверстия провода.

 

 

 

2 шаг: Поливаем кусочки раствором уксусной кислоты.

 

 

 

 

3 шаг: Соединяем контакты лампочки с контактами собранной установки.

 

 

 

      Но кислота содержится и в других веществах. К примеру, в лимоне. В нём не так много кислоты, как в аккумуляторе и она не токая мощная, но это кислота. Также кислота содержится в достаточном количестве в картофеле, в апельсинах, в соленых огурцах и помидорах.

      Практически в любом фрукте и овоще есть Электричество!! А вы думаете, почему они заряжают вас энергией при употреблении? Для своих исследований мы взяли картофель. Выбрали его потому, что в России картошка – это второй хлеб. В год на одного жителя России приходится 150 кг картошки. Это примерно 37 миллионов тонн в год. То есть запас картошки в России есть всегда. Мы в картошку вставляешь два различных проводника, к примеру, цинк и медь и подключили светодиод ,который стал светиться  сделали вывод что через картофель идет электрический ток и происходит явление электролиза.
Попробуем создать источник энергии:

 

 1 шаг

Для разведения огня сначала нужно сделать так сказать “электрогенератор”
Для создания нашего генератора нам понадобится: картофель 1 штука,   зубочистки 2 штуки,  нож 1 штука и чайная ложка,  провода 2 штуки,  зубная паста n-нное количество, соль

 

 

2 шаг

Провода следует зачистить! Картофель разрезать на две половинки при помощи ножа.

 

3 шаг

Провода продеть через половинку картофеля. С помощью ложечки сделать в другой половинке картофеля выемку(ямочку) – размер ямочки равен размеру ложечки

4 шаг                                                                                                                                            

Зубную пасту смешать с солью и наполнить ею выемку в половинке картофеля

5 шаг

Соединить 2 половинки(провода с внутренней стороны следует подогнуть, но так чтобы они были обмакнуты в зубную пасту). Половинки картофеля соединить с помощью зубочисток.

6 шаг

Для добывания огня следует намотать кусочек ваты на один из проводов. Подождать пару минут (батарея должна зарядиться). Затем следует поднести провода друг к другу до возникновения искры.

 

    Используя этот эксперимент, исследуем от чего зависит напряжение, какие продукты могут быть альтернативными источника тока.

 

Эксперимент №1. Найти зависимость напряжения от объёма картофеля.

 

Приборы: измерительный цилиндр, вода, картофель, пластины из  меди, авометр.

 

 План работы:

1. Определить объём клубня

2. Измерить напряжение в клубнях разного объёма

3. Сделать вывод

 

№ Образец Объем, V (см³) Напряжение, U (В) Образец № 1 225 см³ 0,2 Образец № 2 200 м³ 0,18 Образец № 3 125 м³ 0,12-,0,14 Образец № 4 80 м³ 0,1

Вывод: Зависимость напряжения от объёма картофеля , выработанного им, прямая. Чем больше объем, тем напряжение.

Эксперимент №2: Определить зависимость напряжения от массы картофеля.

 

Приборы: весы, клубни, пластины из меди, авометр.
План работы:

1. Определить массу клубня
2. Напряжение в клубнях разной массы
3. Сделать вывод

№ Образец Масса, m (кг) Напряжение, U (B) Образец № 1 0,258 кг 0,2 Образец № 2 0,210 кг 0,18 Образец № 3 0,125 кг 0,14 Образец № 4 0,08 кг 0,1

Вывод: Зависимость напряжения от массы клубня прямая. Чем больше масса, тем выше напряжение.

Эксперимент №3: Найти зависимость напряжения между сырым клубнем и вареным.

 

Приборы: клубни картофеля, вода, кастрюля, пластины из  меди, авометр.

План работы:

1. Измерить напряжение в сыром клубне
2. Сварить картофель
3. Измерить напряжение в варёном картофеле
4. Сделать вывод

№ Образец	Напряжение в сыром картофеле, U (B)	Напряжение в варёном картофеле, U (B)
Образец № 1	0,2	0,21-0,22
Образец № 2	0,18	0,2
Образец № 3	0,14	0,16-0,17
Образец № 4	0,1	0,12-0,13

Вывод: В вареном картофеле напряжение выше, чем в сыром. Это объясняется тем, что в вареном клубне меняется структура соединений.

№ 4: Исследовать какое из веществ даст выше напряжения.

Приборы: клубни картофеля, апельсин, лимон, банка с солеными огурцами, коньяк, пластины  меди, авометр.
   Я взял продукты с одинаковой массой, т.к. из опыта №2 Мы узнали, что напряжение и сила тока зависит от массы.

План работы:

1. Измерить массу нескольких продуктов
2. Измерить напряжение на этих продуктов

Продукт	Масса, m (кг)	Напряжение, U (B)
картошка	0,2 кг	0,14
апельсин	0,2 кг	0,1-0,12
лимон	≈ 0,18 кг	0,22-0,24
огуречный рассол	≈ 0,225 кг	0,14
банка огурцов	0,3 кг	0,25

Вывод: По данным эксперимента, можно судить, что при самой малой мессе из всех используемых продуктов, лимон даёт больше напряжения, чем банка с огурцами при массе 300 г.

Эксперимент №5: Увеличить напряжение картофеля из подручных средств. Создание биотоплива.

Приборы: клубни, сода, зубная паста, пластины из меди, авометр.

План работы:

1. Измерить напряжение клубня
2. Добавить в картофель зубную пасту с содой.
3. Измерить силу тока в полученном экземпляре.

Я взял один клубень картофеля и измерил его напряжение. Затем разрезал клубень пополам, ложкой в одной из половинок сделал ямку. Туда положил зубную пасту, смешанную с содой. Соединил две половинки клубня и измерил напряжение. Результаты записаны в таблице.

 

№ Образец	Напряжение, U (B)	Масса, m (кг)
Картофель без пасты	0,2	0,267 кг
Картофель с пастой	0,22	0,250 кг

 

   Вывод: Практически без изменения массы, было увеличено напряжение. Я создал биотопливо. Таким образом мы доказали, что при смешивании определённых компонентов, можно добиться увеличения напряжения.
   Подведём итог проведённых экспериментов. Чем больше объём и масса тела, тем выше будет напряжение. Варёные продукты дают больше электричества, чем сырые. Лимоны даёт больше всего электричества. Если смешивать определённые компоненты, можно добиться увеличения напряжение.
    Из проведённых экспериментов, можно сделать выводы и продолжать работу над выделением экологически чистой энергии. Мы можем засаливать картофель и добывать больше тока. Мы можем смешивать измельченные вещества друг с другом, тем самым увеличивая количество кислот в полученном продукте. Актуальность моей работы в том, что в современном мире учёные занимаются проблемой нахождения новых экологически чистых источников энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV. Заключение.

  Современная жизнь немыслима без электричества. Трудно представить, как человек смог бы обходится без электрического тока. Но в настоящее время очень остро поднимается проблема нехватки энергетических ресурсов. Ведь человеческая цивилизация очень динамична. Но запасы нефти, угля, газа не бесконечны. Чем больше мы используем эти виды энергетического сырья, тем меньше их остается, и тем дороже с каждым днем они нам обходятся. Существует опасность, что основные виды традиционного топлива будут исчерпаны.  Неизбежность топливного дефицита в настоящее время ни у кого не вызывает сомнения.
   Моя работа только первый шаг в изучении данной проблемы. Но мои исследования можно и сейчас использовать в повседневной жизни. Исследования в данной сфере можно продолжать, т.к. они актуальны и просты. Из проведённых экспериментов, можно сделать выводы и продолжать работу над выделением экологически чистой энергии. Мы можем засаливать картофель и добывать больше тока. Мы можем смешивать измельченные вещества друг с другом, тем самым увеличивая количество кислот в полученном продукте. Актуальность моей работы в том, что в современном мире учёные занимаются проблемой нахождения новых экологически чистых источников энергии.

 

 

 

V. Список рекомендуемой  литературы :

1. Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Просвещение, 1984, с.225

2. О. Ф. Кабардин. Справочные материалы по физике. - М.: Просвещение 1985

3. А. К. Кикоин, И.К. Кикоин. Электродинамика. - М.: Наука 1976.

4. Красновский А.А. Преобразование энергии света при фотосинтезе – Саранск, 1987, с.223

5. Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. – М.: Просвещение, 1999, с.336

5. Энциклопедический словарь юного физика. - М.: Педагогика, 1991г

6. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki)

7. Научно-популярное шоу «ГАЛИЛЕО» www.galileo-tv.ru

8. http://"сдалай батарейку.рф".

9. www.uvasbu.net/ru/articles/article5.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1