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新能源的探索——水果电池的研究           
新能源的探索——水果电池的研究
作者:莫佳明 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2008-10-24 18:11:15

 

 

一、       问题的提出

经过环保知识的普及,众所周知,电池有着巨大的危害。电池这类的固体垃圾,我国至今还没有建立一套完善的废电池回收体系,海口市每年的垃圾都有成百上千吨,虽然废旧电池只是冰山一角,但一枚纽扣电池就能污染600吨水,这几乎是一个人一生的饮用量。而且,一节一号电池烂在土壤里,可以使一平方米的土地颗粒无收。这不仅制约了我市的经济发展,还影响人们的健康生活。废旧电池之所以有污染,是因为它含有铅、汞、锰等有毒物质,进入水源、土壤,最终通过食物进入人体,会给人们的健康造成极大的威胁。而我们又不能像西方发达国家那样圈地集中处理。由于废旧电池造成的污染太大,太阳能电池、热能电池相继问世。我在初中的学习中,听闻水果可以发电,那水果能否作电池呢?

二、研究原理

       化学原理

      1. 根据金属锌置换铜离子的反应“Zn + Cu 2- Zn2+ + Cu”的原理,由于离子电荷移动,离子从正电荷向负电荷移动产生了电流。

      2. 用PH试纸测定水果的PH值。

      物理学原理

      1. 电流表、电压表和万用电表的测量原理

    可以定量的测量出所需的电流值、电压值及电阻值。

      2. 串联电池组

      串联电池可以提高电压,使得到的电压可以让发光二极管发光。

      水果串联的电压变高

       三、研究方向

  在研究不同水果产生的电动势情况时,采用控制变量法。例如,每次都用相同的电极,而使用不同的水果进行测量。把降低水果的内电阻,提高水果电池的电流,为进行研究的方向。

      1. 研究水果所能提供的电流与它本身条件的关系,即与果汁多少、果汁的PH值、果汁的温度与产生电流的关系。

      2.选择优秀的水果,研究如何减少水果电池的内阻,使产生的电流增大的方法,如极板的从优选择,内阻与极板之间的距离、极板有效面积的大小和果汁的流动性之间的关系。

      四、实验

       1.用已知正负极的电流表的两接线柱分别与不同的极板相接,观察指针的偏转方向。

   现象:无论正负接线柱与哪一极板相接,电流总是由铜片经电流表流向锌片。

   结论:由现象可知,电流由铜板一端流出,即铜为片极。结合金属的活动性,我们得出:由于锌比铜活泼,锌易失电子,失去的电子由锌片经导线转移到铜片,所以铜为正极,锌为负极,即活动性强的一端为负极,弱的一端为正极。

2.          保持极板之间的距离为1.5cm 和极板的有效面积为4.5cm2,对于不同的多种水果进行实验。

                                 土豆使指针偏转

各种水果

电流μA/电压 V /电阻Ω

 

苹果

200μA0.15 V /10000Ω

90μA0.1V /15000Ω

柠檬

300μA0.5 V /3000Ω

200μA0.21 V /5000Ω

土豆

200μA0.16 V /7000Ω

西红柿

250μA0.25V /2000Ω

       规格分析和结论:从实验数据可看出,柠檬的电动势较大,虽然它的内阻不是最小的,但产生的电流最大;西红柿的电动势不大,但它的内阻最小,所以产生的电流也较;梨的内阻大,电动势也最小,所以产生的电流也最小。所以说,水果所产生的电流由水果本身的电动势和内阻决定。电动势大,内阻小,那么产生的电流就大;电动势小,内阻大,那么产生的电流就小。

      3.     取同一铜片和锌片,按不同的距离插入水果,并保持两极板与水果的接触面积为4.5cm2,进行实验并记录数据。

板间距离(cm

1.5

3

5

苹果

200μA0.15 V

170μA0.1 V

100μA0.04 V

90μA0.1V

80μA0.09V

50μA0.06V

柠檬

300μA0.5 V

180μA0.3 V

140μA0.15 V

200μA0.21 V

180μA0.18 V

100μA0. 1 V

土豆

200μA0.16 V

130μA0.14 V

80μA0.14 V

西红柿

250μA0.25V

180μA0.15V

130μA0.12V

      分析和结论:从上面的实验数据可看出,在有效面积一定时,板间的距离越大,电流越小,反之亦然。这是因为,在有效面积一定时,板间距离越大,其间的果汁就越多,阻碍了电子定向移动的能力就越大,即内阻越大,所以电流也随之减少。                      

      4.     在水果上,插入面积不同的铜片和锌片,并保持铜片和锌片的距离为1.5cm,进行实验并记录数据。

      所得数据:

有效面积(cm2

4.5

7.5

苹果

100μA0.18 V

350μA0.6V

200μA0.4V

400μA0.58V

柠檬

400μA0.55 V

600μA0.7 V

500μA0.65 V

550μA0.7 V

土豆

600μA0.5V

1000μA0.7 V

西红柿

250μA0.25V

3000μA0.81V

      分析和结论:在两极板间的距离一定时,铜片和锌片与水果的接触面越大电流越大。这是因为,随着有效面积的增大,电池的内阻减小,自由电荷定向移动的横截面积增大,所以电流也随之增大。   

      5. 用PH试纸,测量水果的PH值。

水果

苹果

西红柿

柠檬

PH值

      分析和结论:结合前面的数据,会发现当水果的PH值越小,产生的电流就越大;即当水果的酸性越强时,产生的电流越大。

       6. 去刚用过的橙,榨成果汁,进行实验并记录数据。

      a) 保持极板之间的距离为1.5cm 和极板的有效面积为4.5cm2,分别对于橙和橙汁进行实验。

200μA0.21 V 

橙汁

1000μA0.45V

      分析和结论:在有效面积和板间距离一定时,流动性越大,电流越大。这是因为,果汁与果相比,电子易在果汁中定向移动,即果汁电阻小于果的电阻,所以电流较大。

       7.   用酒精灯加热橙汁,观察不同温度时产生的电流,进行实验并记录数据。

温度(

IA/ UV

30

1400μA0.45V

40

1800μA0.45V

60

2200μA0.45V

70

2500μA0.45V

80

2800μA0.45V

     分析和总结:随着温度的增加,产生的电流逐渐增大。

      六、总结

      经过实验和研究,我们得出,要增大水果电池的电流,可用增大有效面积,减少极板间的距离,增加果汁的流动性,增加果汁温度,减小水果内阻的方法。

      七、联想

      经过研究,我们觉得从理论上看,只要极板的有效面积足够大,板间距离足够小,果汁的量足够,就可以加以利用。对此,我们设计了以下这些利用方案和联想方案,其中我们已实现了方案5

      1、水果电池:    

      1)、(2)为两种水果电池,这样的水果电池现阶段虽然成本较高,但其对环境无污染,能源来源广是现在用电池不可比拟的。

      2、水果收音机

      这样的小型收音机可随身携带,而且不用带电池。在去效游时,随便找个合适的水果发电,收音机便可工作了。

      3电池粉

      可把果汁去水后所得的果汁粉,即电池粉随身携带,和带上一副极板,即可在需要用电时,一冲便可使用。

      4、用于酿酒

      酿酒时,在大发酵池中安上两个极板,便可利用那些发酵的植物来发电,且电流产生的热可能会促进发酵,酿出美酒。

      5、水果音乐盒

      6、夜光杯

      可将果汁倒在杯中,通过果汁供电原理,可插入一些发光设备如二极管,虽然光线不是特别亮,但却可营造一种温馨气氛,在野外使用特别方便。

      虽然现在水果电池的利用还不大成熟,但我们相信,改进后的水果电池将会因其诸多优点而在未来生活中被利用。不仅水果,我们经过研究发现蔬菜,野果同样可发电。那么,寻找一种绿色新能源将不再是一个梦,而将在未来被实现。

 

文章录入:莫佳明    责任编辑:陈永恒 
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