ΡΑΛΛΕΙΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΘΗΛΕΩΝ ΠΕΙΡΑΙΑ Σχολικό Έτος : 2016-2017

ΤΑΞΗ-ΤΜΗΜΑ :Γ3α – ομάδα 2η Μάθημα : Τεχνολογία

ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Πώς o αριθμός των μπαταριών πατάτας και ποια σύνδεση σε σειρά ή παράλληλα 3 μπαταριών πατάτας , επηρεάζει

τις τιμές της ηλεκτρικής τάσης που παράγεται;

ΜΕΛΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗΣ ΟΜΑΔΑΣ

Βελλίνη Γιώτα (Κατασκευάστρια) Γραμματικοπούλου Ευαγγελία (Συντονίστρια) Δήμου Σταυριάνα (Συγγραφέας) Καλυμιώτη Εβελίνα (Σχεδιάστρια)

Καθηγητής : ΗΡ. ΝΤΟΥΣΗΣ

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΚΕΦΑΛΑΙΑ-ΕΝΟΤΗΤΕΣ ΣΕΛ.

ΠΡΟΛΟΓΟΣ ……………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………1

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΡΓΑΣΙΩΝ…………………………………………….…………………..……….……2

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο: ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 2α.Περιγραφή του προβλήματος…………………………………………………………………………………………..……………………3 2β. Περιγραφή του σκοπού της έρευνας………………………………………………………………………………………..……5 2γ.Περιγραφή των κοινωνικών αναγκών που εξυπηρετεί η έρευνα…………………...….….…………5 2δ.Διαμόρφωση της υπόθεσης της έρευνας………………………………………………………………….……….……….……7 2ε.Ανάλυση των παραμέτρων που θεωρήθηκαν ότι δεν επηρεάζουν τα αποτελέσματα της έρευνας……………………………………..............................7 2στ.Περιγραφή των ορίων – περιορισμών της έρευνας………………………………………………….……………….8

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο: ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΟ ΥΛΙΚΟ / ΕΝΝΟΙΕΣ-ΟΡΙΣΜΟΙ 3α.Ιστορική αναδρομή…………………………………………………………………………………………………………………………….……….…9 3β.Ορισμοί εννοιών………………………………………………………………………………………………………………………………….…………12

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο: ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 4α. Σχεδιασμός πειραματικής διάταξης – αιτιολόγηση επιλογών………………………………………………………15 4β. Διάγραμμα διαδικασίας του πειράματος……………………………………………………………………………………………15 4γ. Εκτέλεση και φωτογραφίες του πειράματος………………………………………………………….................….……15 4δ. Κατάλογος υλικών- συσκευών- μηχανών-εργαλείων πειράματος και εκτίμησης κόστους της έρευνας …………………………………………………………………………………..……....……17 4ε. Παρουσίαση δεδομένων –μετρήσεων………………………………………………………………………………..............……18 4στ. Ανάλυση αποτελεσμάτων-Γραφήματα………………………………………………………………………………..………….…18

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ……………………………………………………………………………………………………….……………..19

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο: ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΟΥΣ ΑΛΛΟΥΣ ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ………………………………………………………………………………………………………………………………………19

ΠΗΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗΣ

1

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε με την επίβλεψη του κου Ντούση Ηρακλή στο πλαίσιο του μαθήματος τους Τεχνολογίας Γ Γυμνασίου. Το θέμα τους συγκεκριμένης πειραματικής έρευνας επιλέχθηκε από την επιθυμία τους να μελετήσουμε/ερευνήσουμε εάν ένα λαχανικό , τους η πατάτα, μπορεί να παράγει ηλεκτρική τάση , δηλ. να λειτουργεί ως μπαταρία και συγκεκριμένα μελετήσαμε αν ο αριθμός των πατατών ( 1,2,3) και αν η σύνδεση σε σειρά ή παράλληλα 3 πατατών , επηρεάζει την τάση που παράγεται από το συγκεκριμένο λαχανικό. Επιδίωξή τους, τόσο εμείς όσο και οι αναγνώστες τους τους έρευνας να πληροφορηθούν, τόσο για την επίδραση του αριθμού των μπαταριών πατάτας όσο και τους διαφορετικής σύνδεσης τους, στην τάση που μπορεί να παραχθεί σε κάθε μία από τους 2 περιπτώσεις.

Η συγκεκριμένη εργασία τους περιλαμβάνει το θεωρητικό και πειραματικό μέρος. Στο θεωρητικό μέρος θα παραθέσουμε ορισμένες πληροφορίες σχετικά με το θέμα τους, το σκοπό του και πληροφοριακό υλικό σχετικό με τα μεγέθη , τους μεταβλητές και σχετικές έννοιες, που συνδέονται με την έρευνά τους

Στο πειραματικό μέρος θα παρουσιάσουμε την πειραματική διάταξη στην οποία θα προβούμε και όπου θα δείχνουμε την επίδραση τόσο του διαφορετικού αριθμού πατατών- μπαταρίας , όσο τους διαφορετικής σύνδεσης τους διάταξης (σε σειρά ή παράλληλα) στην τιμής τους τάσης που παράγεται για κάθε διαφορετική περίπτωση.

Το συμπέρασμα τους έρευνάς τους θα τους δείξει τι αποτέλεσμα τους δίνει κάθε ένα από τα ερευνητικά ερωτήματα τους άσκησής τους.

Εικόνα 1

2

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο:

ΧΡΟΝΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΕΒΔΟΜΑΔΕΣ

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 ΕΚΛΟΓΗ ΘΕΜΑΤΟΣ

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ

3 ΣΥΛΛΟΓΗ

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ

4 ΣΥΛΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ-ΣΥΣΚΕΥΩΝ-

ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ

5 ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ

6 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ

7 ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

9 ΣΥΓΓΡΑΦΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

10 ΧΑΡΤΟΝΙ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ

11 ΣΕΜΙΝΑΡΙΑ

12 ΑΥΤΟΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

3

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο:

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

2α.Περιγραφή του προβλήματος:

Οι μπαταρίες είναι δοχεία που αποθηκεύουν ενέργεια, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι μπαταριών, αλλά όλοι εξαρτώνται από κάποιο είδος χημικής αντίδρασης για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Η χημική αντίδραση τυπικά συμβαίνει μεταξύ δύο τεμάχια μετάλλου, που ονομάζεται ηλεκτρόδια , και ένα υγρό ή πάστα, που ονομάζεται ηλεκτρολύτης όπου και αποδεικνύεται ότι η υγρασία μέσα σε μία πατάτα λειτουργεί αρκετά καλά ως ηλεκτρολύτης. Προκειμένου η ηλεκτρική ενέργεια να ρέει σε ένα κύκλωμα που τροφοδοτείται από μπαταρία, πρέπει να υπάρχει μια πλήρης διαδρομή από τον θετικό πόλο, μέσα από το φορτίο, και πίσω στον αρνητικό πόλο. Αυτό ονομάζεται κλειστό κύκλωμα . Εάν η διαδρομή είναι σπασμένη (για παράδειγμα, εάν ένα σύρμα αποσυνδεθεί), η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορεί να ρέει. Αυτό ονομάζεται ανοικτό κύκλωμα . Τέλος, αν υπάρχει μια απευθείας διαδρομή από το θετικό τους το αρνητικό τερματικό, αυτό ονομάζεται κλειστό κύκλωμα.

Σε μία μπαταρία, χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε γενικές γραμμές, το ηλεκτρικό ρεύμα αποτελείται από την ροή των ηλεκτρονίων , τα οποία είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Σε μία μπαταρία- πατάτα, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από δύο χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στα ηλεκτρόδια (οι από χαλκό και ψευδάργυρο μεταλλικές λωρίδες από κατάλληλα υλικά). Επειδή ο χαλκός είναι περισσότερο αρνητικός ηλεκτρικά από τον ψευδάργυρο, τείνει να προσελκύσει τα ηλεκτρόνια πιο εύκολα από τον ψευδάργυρο. Ως εκ τούτου, τα ηλεκτρόνια σε μια μπαταρία πατάτα θα ρέουν από το ηλεκτρόδιο του ψευδαργύρου, την άνοδο , στο ηλεκτρόδιο χαλκού, την κάθοδο. Όταν ο ψευδάργυρος είναι σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη, η ακόλουθη οξείδωση αντίδραση λαμβάνει χώρα η οποία οδηγεί στην απελευθέρωση των ηλεκτρονίων:

Εικόνα 2 : Μπαταρίες συνδεδεμένα σε σειρά και παράλληλα. Το ηλεκτρικό ρεύμα αντιπροσωπεύεται

από τα κίτρινα βέλη.

4

Εξίσωση 1 (ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου): Zn → Zn+ ++ 2 ε-

Ενώ ο ψευδάργυρος ενώνεται με τον ηλεκτρολύτη ως ένα θετικό ιόν (Zn ++ ), τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσα από το καλώδιο που συνδέει τα ηλεκτρόδια.

Θετικά φορτισμένα άτομα υδρογόνου, ή πρωτόνια (Η + ), προέρχονται από λιπαρά εσωτερικού τους πατάτας (φωσφορικό οξύ και οργανικά οξέα), συσσωρεύονται καθώς έλκονται από την αρνητικό φορτίο που δημιουργείται από τα ηλεκτρόνια πλεόνασμα στο ηλεκτρόδιο χαλκού. Αυτά τα πρωτόνια καταλαμβάνουν τα ηλεκτρόνια από το ηλεκτρόδιο χαλκού σε μείωση αντίδραση να γίνουν ουδέτερα άτομα υδρογόνου και στη συνέχεια να σχηματίσει αέριο υδρογόνο (H 2 ), το οποίο μπορείτε να δείτε και φυσαλίδες εξελίσσεται γύρω από το ηλεκτρόδιο χαλκού:

Εξίσωση 2 (ηλεκτρόδιο χαλκού): 2 H++ 2 ε-→ Η2

Αυτή η αντίδραση αφήνει από πίσω μια έλλειψη ηλεκτρονίων στο ηλεκτρόδιο χαλκού, η οποία είναι ο βασικός λόγος για τον οποίο τα ηλεκτρόνια συνεχίζουν να ρέουν από τον ψευδάργυρο στο ηλεκτρόδιο χαλκού. Η μπαταρία συνεχίζει να λειτουργεί μέχρι να εξαντληθεί είτε από πρωτόνια, αν δεν υπάρχει πολύ παρόν οξύ, ή το ηλεκτρόδια ψευδαργύρου «τρώγονται» και διαλύονται πλήρως σε ιόντα. Η συνολική καθαρή αντίδραση σε μια μπαταρία πατάτας μπορούν να συνοψιστεί ως εξής:

Η εξίσωση 3 (καθαρή αντίδραση):Zn + 2 H+ → Zn+ + + H2

(Αέριο υδρογόνο και ηλεκτρική ενέργεια) Γενικότερα λοιπόν, κάποια από τα προβλήματα που μπορεί να χρειαστεί να λύσουμε από

αυτές μπορεί να αφορούν: Τα βραχυκυκλώματα, τα ανοικτά και κλειστά κυκλώματα ,προβλήματα σχετικά με τη

διαδικασία τους ανόδου και τους καθόδου(διαδρομή από θετικό τους αρνητικό πόλο), τους χημικές αντιδράσεις που απαιτούνται, με τα ηλεκτρόδια ψευδαργύρου και χαλκού ή τον ηλεκτρολύτη, με το παραγόμενο αέριο υδρογόνου και ηλεκτρική ενέργεια κ.ά.

Όρια τους μελέτης: Η μελέτη τους αφορά το πώς ο αριθμός 1 ή 2 ή 3 και πως η σύνδεση σε σειρά ή παράλληλα

3 πατατών ,επηρεάζει την τάση των μπαταριών από πατάτα, αφορώντας το συγκεκριμένο είδος πατάτας και όχι η μπαταρία από πατάτα σε σχέση με μπαταρία από κάποιο άλλο φρούτο ή λαχανικό . Για ηλεκτρόδια χάλκινα χρησιμοποιήσαμε μία χάλκινη μπάρα γείωσης , κόβοντας την συμμετρικά σε 3 ίσα τμήματα και για ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου γαλβανισμένα τμχ. σιδήρου (επιψευδαργύρωση ) καταλλήλων διαστάσεων.

Εικόνα 3 : Διάγραμμα της χημικής αντίδρασης που λαμβάνει χώρα σε μια μπαταρία πατάτας, με ένα LED

που συνδέεται μεταξύ των ηλεκτροδίων.

5

Μεταβλητές: Ανεξάρτητη : 1) Αριθμός πατατών (1,2,3) και 2) Σύνδεση 3 μπαταριών πατάτας σε σειρά ή παράλληλα. Εξαρτημένη: Οι τιμές τους ηλεκτρικής τάσης των μπαταριών πατάτας , για κάθε 1) διαφορετικό αριθμό τους και 2) για κάθε μία διαφορετική σύνδεση 3 μπαταριών πατάτας ( σειρά και παράλληλα) Σταθερές:

Οι τους πατάτες σε κάθε μέτρηση του πειράματος , Ο τύπος του πολύμετρου που χρησιμοποιήθηκε, Ο τους χρόνος καταμέτρησης τάσης για κάθε μία περίπτωση, Η χρησιμοποίηση των ίδιων ηλεκτροδίων ψευδαργύρου και χαλκού σε πλάτος και

μήκος, Η ίδια βύθιση σε μήκος και γωνία στην πατάτα για κάθε ένα από τα 6 ηλεκτρόδια, Το ίδιο μήκος των αγωγών ( κροκοδειλάκια) σύνδεσης σε κάθε ηλεκτρικό κύκλωμα.

2β. Περιγραφή του σκοπού τους έρευνας Σκοπός τους συγκεκριμένης έρευνας είναι να απαντηθούν τα ερωτήματα εάν 1) η σύνδεση

διαφορετικού αριθμού πατατών και 2) η σύνδεση σε σειρά ή παράλληλα 3 πατατών , επηρεάζει την τιμή της ηλεκτρικής τάσης που παράγεται από τις μπαταρίες από πατάτα ,προκειμένου να διευκολυνθούν στην ζωή τους και τις έρευνές τους οι άνθρωποι , με διάφορους τρόπους και να εφαρμόσουν τις γνώσεις τους κατάλληλα σε διαφορετικές περιπτώσεις και λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένων και εμάς των μαθητών/τριών, που στις εργασίες στην σχολική μας ζωή ερχόμαστε αντιμέτωποι με αυτό το ερώτημα και προχωρούμε στην εξεύρεση μιας λύσης .Για αυτό και στην σχολική αίθουσα σκοπεύουμε να πραγματοποιήσουμε ανάλογη πειραματική διαδικασία και να προβούμε στην εξαγωγή συμπερασμάτων.

Με την έρευνά τους θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε στα ερωτήματα : Ποια είναι τα βασικά μέρη μιας μπαταρίας και πώς οι μπαταρίες παράγουν ρεύμα; Τι είναι ηλεκτρική τάση και τι ηλεκτρική αντίσταση και ποια είναι η μονάδα μέτρησης

του καθενός; Αν ένα λαχανικό ή φρούτο μπαταρία δεν μπορεί να τροφοδοτήσει μια ηλεκτρική

συσκευή, τι μπορεί να κάνει ο ερευνητής/πειραματιστής; Και κυρίως το βασικό θέμα τους έρευνας , δηλαδή:

Πώς ο διαφορετικός αριθμός μπαταριών πατάτας και πως η σύνδεση σε σειρά ή παράλληλα επηρεάζει την τιμή τους ηλεκτρικής των μπαταριών από πατάτες;

2γ.Περιγραφή των κοινωνικών αναγκών που εξυπηρετεί η έρευνα

Οι κοινωνικές ανάγκες που εξυπηρετεί αυτή η έρευνα είναι το ότι καταρχάς συντελεί στο να απαντηθεί το ερώτημα των ανθρώπων αν η σύνδεση σε σειρά ή παράλληλα σε μια διάταξη επηρεάζει την τάση και την ένταση του ρεύματος μιας μπαταρίας, και παρόμοιων συσκευών, προκειμένου να εφαρμόσουν αυτή τη γνώση ανάλογα με αυτό που θέλουν να Εικόνα 4:Η χρήση της μπαταρίας στα κινητά τηλέφωνα

6

πετύχουν και να λαμβάνουν υπόψη τους αυτή την πληροφορία τους έρευνές τους και σε ανάλογες πειραματικές διαδικασίες. Έτσι λοιπόν, η έρευνα αυτή έχει περισσότερο επιστημονικές και τεχνολογικές εφαρμογές σε πειράματα φυσικής και άλλα , συντελώντας στην πρόοδο στον επιστημονικό και ερευνητικό τομέα, με αποτέλεσμα να εξελίσσονται και να διευκολύνουν τον τρόπο ζωής τους τόσο αυτοί που ασχολούνται με τα παραπάνω αναφερθέντα όσο και οι μαθητές σε διάφορες μελέτες τους και οι απλοί άνθρωποι στην καθημερινή τους ζωή.

Γενικότερα τους ,και αν θέλουμε να μιλήσουμε για τους εφαρμογές των μπαταριών στη ζωή του ανθρώπου μπορούμε να αναφέρουμε τους τους τους μπαταρίας .Καταρχάς, οι μπαταρίες είναι δοχεία που αποθηκεύουν ενέργεια, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού.

Αυτή η μέθοδος για την αποθήκευση τους ενέργειας τους επιτρέπει να υπάρχουν/δημιουργούμε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές (φανταστείτε τι επίπονο θα ήταν αν τα πάντα έπρεπε να συνδεθούν σε μια πρίζα για να λειτουργήσουν!). Τους μέρες τους ,οι μπαταρίες είναι παντού γύρω τους. Τροφοδοτούν τα ρολόγια χειρός τους για μήνες με μία μόνο αλλαγή το χρόνο. Χάρη σε αυτές, τα ξυπνητήρια και τα τηλέφωνά τους συνεχίζουν να λειτουργούν , ακόμη και αν γίνει διακοπή ρεύματος. Περιέχονται τους ανιχνευτές καπνού , ηλεκτρικές ξυριστικές μηχανές, τρυπάνια, mp3 players , θερμοστάτες – και ο κατάλογος συνεχίζεται, καθώς και διαβάζοντας αυτή την εργασία στον υπολογιστή ή στο φορητό υπολογιστή, χρησιμοποιείτε και χρειάζεστε τους μπαταρίες.

Ευρεία χρήση έχουν (κυρίως σε μόνιμες εγκαταστάσεις) οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές μόλυβδου – οξέος, τους οποίους ως ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται διάλυμα θειικού οξέος και ως ηλεκτρόδια το διοξείδιο του μολύβδου ΡbΟ2 και ο σπογγώδης μόλυβδος. Μπαταρίες νικελίου, τους οποίους ως ηλεκτρολύτης χρησιμοποιείται διάλυμα καυστικού καλίου, ως θετικό ηλεκτρόδιο οξείδια νικελίου σε μείγμα με γραφίτη και ως αρνητικό ηλεκτρόδιο ρινίσματα σιδήρου ή καδμίου σε μείγμα με σπογγώδη σίδηρο. Οι αλκαλικοί

ηλεκτρικοί συσσωρευτές χρησιμοποιούνται τους, σε όργανα βαρηκοΐας κ.α. Για τη λήψη μεγάλων τάσεων και ρευμάτων οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές συνδέονται σε συστοιχίες.

Στα αυτοκίνητα ο συσσωρευτής χρησιμεύει για την εναποθήκευση του ηλεκτρικού ρεύματος που προέρχεται από τη δυναμομηχανή (δυναμό) και τη διανομή του στη συνέχεια τους διάφορες συσκευές τους ηλεκτρικής εγκατάστασης του οχήματος.

Στην αστροναυτική οι συσσωρευτές τεχνητών δορυφόρων, πρέπει να έχουν μεγάλη χωρητικότητα, μικρό βάρος, αντοχή τους επιταχύνσεις και τους κλυδωνισμούς. Τους καλύτερες προϋποθέσεις τους αυτή την κατεύθυνση συγκεντρώνουν οι αλκαλικοί συσσωρευτές νικελίου-καδμίου ή αργύρου- ψευδάργυρου. Η ανάγκη εφοδιασμού των διαστημικών σκαφών με πηγές ενέργειας με μεγαλύτερη

διάρκεια και ελαφρότερες λύθηκε με τα ηλιοκύτταρα. Η χρήση τους μπαταρίας, μεταξύ πολλών άλλων, έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα:

Εικόνα 5:Η χρήση της μπαταρίας στα ξυπνητήρια

Εικόνα 6 : Μπαταρία αυτοκινήτου

7

Επιτρέπει την χρήση ηλεκτρισμού χωρίς να υπάρχει ηλεκτρικό δίκτυο.(ηλεκτρικά αυτοκίνητα, μικροσυσκευές, κινητά και λάπτοπ).

Υπάρχει σαν εφεδρική πηγή ενέργειας σε περιπτώσεις που η σύνδεση στο ηλεκτρικό δίκτυο διακόπτεται (μεγάλα σουπερμάρκετ με ψυγεία έως τα ups)

Συμβάλει στην χρήση ηλεκτρικών συσκευών σε μέρη που δεν υπάρχει ηλεκτρικό δίκτυο και έτσι έχει μεγαλύτερος πληθυσμός του πλανήτη πρόσβαση σε αυτές τους συσκευές.

Τροφοδοτεί με ενέργεια δορυφόρους και οχήματα ακόμα και σε τους πλανήτες με μεγάλη συνεισφορά στην ανθρώπινη πρόοδο.

Υπάρχουν τους και κάποιες αρνητικές συνέπειες από τη χρήση των μπαταριών, τους: Τα υλικά των ηλεκτρολυτών είναι τοξικά και έτσι οι παλιές μπαταρίες αποτελούν

απειλή για το περιβάλλον. Η κατασκευή των μπαταριών είναι πολύ επιβλαβής και η βιομηχανία τους είναι

επιβλαβής για το περιβάλλον. Παρόλα αυτά η μπαταρία είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο στην καθημερινότητά τους,

έτσι με γνώμονα την εξάλειψη των αρνητικών συνεπειών από τη χρήση τους, αλλά και από τη διαδικασία κατασκευής τους, θα ήταν καλό να συμβούν τα παρακάτω:

Με την χρήση νέων τεχνολογιών και έρευνας για νέα οικολογικά υλικά, να γίνουν πιο αποδοτικές και οικολογικές. Να συνειδητοποιήσουν όλοι οι καταναλωτές την τεράστια σημασία που έχει η ανακύκλωση των παλαιών μπαταριών. Αυτό θα υλοποιηθεί με τη βοήθεια τους πολιτείας, η οποία έχει την υποχρέωση να ενημερώνει συνεχώς τους πολίτες για τη σημασία τους ανακύκλωσης, αλλά και να δημιουργεί τους απαιτούμενες υποδομές για την υλοποίησή τους.

Και λίγα λόγια για την χρησιμότητα και κοινωνικές εφαρμογές τους ενέργειας ,ενότητας στην οποία ανήκουν οι μπαταρίες:

Οι μπαταρίες ανήκουν στην τεχνολογική ενότητα τους ενέργειας (υποενότητα αποθήκευση). Η ενέργεια είναι απαραίτητη στην καθημερινή τους ζωή και βελτιώνει την ποιότητα τους. Την χρειαζόμαστε προκειμένου να λειτουργήσουν οι διάφορες οικιακές συσκευές, τα μέσα μεταφοράς , τους για να θερμανθούμε καθώς και να παράγουμε προϊόντα απαραίτητα για την επιβίωσή τους. Η αναγκαιότητα αυτή οδήγησε τον άνθρωπο σε συνεχή αναζήτηση πηγών ενέργειας , και στην κατασκευή μηχανών που να μπορούν να μετατρέπουν μια μορφή ενέργειας σε άλλη που μπορεί να αξιοποιηθεί τους όφελος τους. Μεγάλο κομμάτι τους χρήσης τους ενέργειας είναι και η αποθήκευσή τους, ούτως ώστε να είναι πιο εύκολη και οικονομική η χρήση τους. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μία μορφή ενέργειας που τους επιτρέπει να λειτουργούμε πολύπλοκες συσκευές που βελτιώνουν πολύ τη ζωή τους, είτε είναι κινητήρες για τη βιομηχανία και τους μεταφορές, είτε πολύπλοκα ηλεκτρονικά συστήματα είτε τους τηλεπικοινωνίες. 2δ.Διαμόρφωση τους υπόθεσης τους έρευνας Aν αυξήσουμε τον αριθμό των μπαταριών πατάτας και αν συνδέσουμε 3 πατάτες σε σειρά , η

τιμή της ηλεκτρική τάσης των μπαταριών από πατάτα θα είναι μεγαλύτερη 1)όταν αυξάνεται ο αριθμός τους και 2) σε σχέση με τη παράλληλη σύνδεση 3 πατατών , ακολουθώντας την ίδια διαδικασία και τις ίδιες σταθερές μεταβλητές , στις 4 διαφορετικές συνδέσεις.

2ε.Ανάλυση των παραμέτρων που θεωρήθηκαν ότι δεν επηρεάζουν τα αποτελέσματα τους

έρευνας Το είδος του πολύμετρου και τα κροκοδειλάκια σύνδεσης που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματά τους.

Το σχήμα , το βάρος και ο τόπος προέλευσης κάθε πατάτας Η θερμοκρασία και η υγρασία που επικρατούσε στην αίθουσα του εργαστηρίου και

στα 2 πειράματα που πραγματοποιήσαμε.

8

2στ.Περιγραφή των ορίων – περιορισμών τους έρευνας Σαν παράγοντες που τείνουν να περιορίσουν την αξιοπιστία τους έρευνας, θα

χαρακτηρίζαμε :

Η διεξαγωγή περισσότερων πειραμάτων , αντί των 2 που πραγματοποιήθηκαν

από την ομάδα τους.

Οι διαφορετικές πατάτες που χρησιμοποιήθηκαν στα 2 πειράματα ( διότι έγιναν με χρονική

διαφορά 28 ημερών) ,αν και δεν παρατηρήθηκαν μεγάλες διαφορές τους μετρήσεις τους .

Βέβαια προσπαθήσαμε σε κάθε πείραμα, να έχουν περίπου το ίδιο σχήμα και μέγεθος.

9

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο:

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΟ ΥΛΙΚΟ / ΕΝΝΟΙΕΣ-ΟΡΙΣΜΟΙ

3α.Ιστορική αναδρομή

Οι περισσότεροι ιστορικοί χρονολογούν την έναρξη τους ανάπτυξης μπαταριών στα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα. Ωστόσο, μερικά αρχαιολογικά ευρήματα θέτουν την ημερομηνία αυτή μέχρι και 2.000 έτη πριν. Το 1938, ο Wilhelm Konig ανακάλυψε, στο Ιράκ, ένα πήλινο δοχείο 5 ιντσών που περιείχε έναν χάλκινο κύλινδρο που περιέκλειε μια σιδερένια ράβδο. Ο Koniq αποφάσισε ότι αυτό ήταν μια αρχαία μπαταρία.

Το 1771 τους Ιταλός ανατόμος, ο Λουίτζι Γκαλβάνι (Luigi Galvani), παρατήρησε τα εξής: Εκτελώντας ένα πείραμα με νεκρούς βατράχους, είδε ότι αν έφερνε σε επαφή τα νεύρα των μηρών με δύο διαφορετικά μέταλλα (π.χ. σίδηρο και χαλκό) ο μυς έκανε μία σύσπαση. Αυτή τους είναι μία ιδιότητα μόνο των ζωντανών μυών.

Ο Γκαλβάνι απέδωσε το φαινόμενο σε κάποιο είδος ηλεκτρισμού στο μυϊκό σύστημα, τον οποίο ονόμασε «ζωικό ηλεκτρισμό». Μάλιστα δεν ήταν λίγοι αυτοί που πίστεψαν πως είχε βρεθεί η λύση στο μεγάλο αίνιγμα τους ζωής.

Πολλοί επιστήμονες προσπαθούσαν να επαναφέρουν νεκρούς οργανισμούς στη ζωή, διοχετεύοντας τους ηλεκτρισμό. Από εδώ εμπνευσμένη, η συγγραφέας Μαίρη Σέλεϋ έγραψε το βιβλίο τους «Φρανκενστάιν».

Ο Αλεσάντρο Βόλτα ήταν φυσικός ο οποίος έγινε κυρίως γνωστός για την ανακάλυψη τους ηλεκτρικής μπαταρίας το 1800. Γεννήθηκε και σπούδασε στο Κόμο τους Ιταλίας. Δε μίλησε μέχρι την ηλικία των τεσσάρων ετών. Από την ηλικία των επτά ετών τους, ήταν στο επίπεδο των άλλων παιδιών και άρχισε σύντομα να τα προσπερνά. Οι γονείς του, ο Φίλιππο Βόλτα(Filippo Volta) και η Maria Maddalena Inzaghi, τον έστειλαν σε χριστιανικό σχολείο με σκοπό να γίνει δικηγόρος. Το 1774, έγινε καθηγητής τους φυσικής στογυμνάσιο του Κόμο. Ο Βόλτα γνωρίζοντας τα πειράματα του Γκαλβάνι σκέφτηκε ότι οι συσπάσεις του βατράχου ίσως οφείλονταν περισσότερο στα «υγρά» στο σώμα του βατράχου και στα διαφορετικά μέταλλα που εισχωρούσαν στο μηρό του.

Ύστερα από μια σειρά πειραμάτων κατασκεύασε την πρώτη μπαταρία, από εναλλασσόμενες πλάκες ψευδαργύρου και χαλκού που είχαν ανάμεσά τους ύφασμα εμποτισμένο σε αλατόνερο. Η μπαταρία αυτή φαίνεται στην σχετική εικόνα.

Η ιστορία των μπαταριών και η εξέλιξη των συσκευών προχωρούν ταυτόχρονα. Όταν η Eveready ανακάλυψε τους πρώτες μικρές μπαταρίες στα τέλη τους δεκαετίας του ‘50, οι περισσότεροι άνθρωποι στον κόσμο σταμάτησαν να κουρδίζουν τα ρολόγια τους. Οι αλκαλικές μπαταρίες παρέχουν αρκετή ενέργεια για να ανοίξουν τον δρόμο για φορητά ραδιόφωνα, κασετόφωνα και παιχνίδια που παράγουν ήχους και φώτα. Με την παρουσίαση των μπαταριών λιθίου, εμφανίστηκε τους καινούργιος κόσμος με ενέργεια που διαρκεί για συσκευές υψηλής τεχνολογίας, από ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές μέχρι συσκευές αναπαραγωγής MP3 και φορητούς υπολογιστές.

O Γερμανός αρχαιολόγος Wilhelm Konig, ανακάλυψε το 1938, κοντά στη Βαγδάτη, την διάσημη “μπαταρία τους Βαγδάτης” και έφερε νέα δεδομένα για την γνώση ,και την χρήση του ηλεκτρισμού από τους αρχαίους λαούς. Ο Konig την εποχή εκείνη εργαζόταν στην Βαγδάτη σχεδιάζοντας το αποχετευτικό τους δίκτυο και ανακάλυψε σε ανασκαφές κάποιου κτιρίου μαζί με άλλα αντικείμενα και ένα ξεχωριστό δοχείο. Μελετώντας το δοχείο οι αρχαιολόγοι ανακάλυψαν ότι περιείχε ένα χάλκινο κύλινδρο επενδυμένο με πίσσα και στερεωμένο στο χείλος τους οπής. Στο κέντρο τους πίσσας είχε μια μικρή σιδερένια ράβδο πακτωμένη στο καπάκι. Αναλύσεις έδειξαν ότι το περιεχόμενό του ήταν κάποιο οξειδωτικό διάλυμα, πιθανότατα κρασί ή ξύδι. Αυτό σημαίνει ότι πιθανότατα στο βάζο υπήρχε ένα υγρό που αλληλοεπιδρούσε με το μέταλλο και παρήγαγε ηλεκτρικό φορτίο. Δηλαδή μια μπαταρία!!!

Το εκπληκτικότερο είναι ότι η αρχαία αυτή μπαταρία μετρήθηκε. Μετά από 2200 χρόνια συνέχιζε να παράγει τάση των 0,8-2V, ενώ η παράλληλη σύνδεση και άλλων μπαταριών, θα μπορούσε να οδηγήσει και σε μεγαλύτερες τάσεις!!!

10

Που χρησίμευε τους; Το 1981 ο επιστήμονας Δρ.Αρν Έγκεμπρεχτ κατασκεύασε μια ολόιδια μπαταρία με αυτήν τους Βαγδάτης και κατόρθωσε μέσα σε 2 μόνο ώρες να επιχρυσώσει ασημένια αντικείμενα. Μια εξήγηση λοιπόν που θα μπορούσε να δοθεί θα ήταν ότι χρησίμευε για την επίστρωση και επιχρύσωση μετάλλων με την μέθοδο τους ηλεκτρόλυσης. Μια άλλη εξήγηση που πάει λίγο πιο μακριά θέλει τους Αιγυπτίους να είχαν κατορθώσει να κατασκευάσουν κάποιας μορφής λαμπτήρες και με την ενεργοποίησή τους από τέτοιες μπαταρίες κατόρθωσαν να ζωγραφίσουν τους σκοτεινές αίθουσες των πυραμίδων. Κάτι που μέχρι σήμερα παρέμενε μυστήριο. Σε τους Αιγυπτιακές τοιχογραφίες υπάρχουν απεικονίσεις ανθρώπων να κρατούν τέτοιους λαμπτήρες άλλα και διάφορες φωτεινές μπάλες στα χέρια τους. Τίποτα δεν είναι παράξενο και τίποτα δεν μπορεί να απορριφτεί, αν καταφέρουμε κάποια στιγμή να μην υποτιμούμε και να κατανοήσουμε τους γνώσεις των αρχαίων λαών, που αποδεδειγμένα τους φορές ήταν πολύ πιο προχωρημένες από τους δικές τους.

Η πρώτη επαναφορτιζόμενη μπαταρία, η οποία κατασκευάστηκε από τον Gaston Plante το 1859, στο εργαστήριό του στο Παρίσι, αποτελούνταν από μία σειρά γυάλινων δοχείων, που περιείχαν θειικό οξύ και πλάκες μολύβδου. Ζύγιζε 35 κιλά, είχε όγκο μερικών κυβικών μέτρων και παρείχε τάση 4,5V. Αρκετά βαριά, υγρή και επικίνδυνη για να είναι φορητή! Μέχρι το 1900, οπότε ο Thomas Edison κατασκεύασε την πρώτη μπαταρία ξηρού τύπου και το νερό μπήκε στ’ αυλάκι. Σήμερα, έναν αιώνα μετά, οι μπαταρίες ζυγίζουν ελάχιστα γραμμάρια και έχουν πάχος λίγων χιλιοστών. Η δουλειά τους μπαταρίας είναι μία και μοναδική. Να παρέχει ενέργεια.

Παρά τους διαφορές τους, τους οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες έχουν κοινή αρχή λειτουργίας. Δύο υλικά, το ένα με πλεόνασμα ηλεκτρονίων και το άλλο με έλλειμμα, βρίσκονται μέσα σε διάλυμα ηλεκτρολύτη, το οποίο λειτουργεί ως αγωγός των ηλεκτρονίων, τα οποία κινούνται από το πλεόνασμα τους το έλλειμμα, με σκοπό να αποκατασταθεί η ισορροπία. Μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία, η ροή ηλεκτρονίων παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Μόλις τα ηλεκτρόνια «κατανεμηθούν» και στα δύο υλικά, η μπαταρία αδειάζει. Η φόρτιση γίνεται με τον αντίθετο τρόπο. Συνδέουμε την μπαταρία με μία εξωτερική ηλεκτρική πηγή ίδιου βολτάζ, αλλά με αντίθετη φορά, ώστε το ρεύμα τους να «εξαναγκάσει» τα ηλεκτρόνια, που «μετακόμισαν» από το ένα υλικό στο άλλο, να επανέλθουν στην αρχική τους θέση. Όταν επιστρέψουν όλα, η μπαταρία έχει, πλέον φορτιστεί. 1798 – Ο Ιταλός φυσικός Κόμης Alessandro Volta κατασκεύασε την πρώτη του

«βολταϊκή στήλη». Αυτή η πρώτη μπαταρία αποτελείτο από μια στοίβα ζευγαρωμένων δίσκων χαλκού-ψευδαργύρου, οι οποίοι διαχωρίζονταν μεταξύ τους με χαρτονένιους δίσκους υγραμένους με διάλυμα άλατος ή οξέος. 1836 – Ο John F. Daniell, τους Άγγλος χημικός, βελτίωσε την αποδοτικότητα του

σχεδιασμού του Volta αναπτύσσοντας έναν τρόπο να αποφευχθούν τα προβλήματα διάβρωσης των μπαταριών του Volta.

Εικόνα 7 : Εικόνα από την πρώτη επαναφορτιζόμενη μπαταρία, η οποία κατασκευάστηκε από τον Gaston Plante

11

1868 – Ο Γάλλος χημικός Georges Leclanche σχεδίασε ένα «υγρό» στοιχείο, τον προάγγελο του «ξηρού» στοιχείου ή τους μπαταρίας φακών. 1888 – Ο Γερμανός επιστήμονας Δρ. Carl Gassner εφηύρε το «ξηρό» στοιχείο, ένα

στοιχείο που μοιάζει πολύ με τους σημερινές μπαταρίες άνθρακα-ψευδαργύρου. 1896 – Η μπαταρία Columbia, μια μπαταρία ξηρού στοιχείου που κατασκευάστηκε από την National Carbon Company, έγινε η πρώτη εμπορικά διαθέσιμη μπαταρία που πωλήθηκε τους Η.Π.Α. Η εταιρεία National

Carbon Company αργότερα έγινε Eveready Battery Company,

γνωστή σήμερα ως Energizer.

1898 – Ο Conrad

Hubert, γνωστός ως ο ιδρυτής τους εταιρείας Eveready Battery Company, εφηύρε τον ηλεκτρικό πυρσό χειρός, ή φακό, δηλαδή μια μπαταρία ξηρού στοιχείου, μια λυχνία και τους σκληρός χάλκινος ανακλαστήρας μέσα σε χάρτινο σωλήνα. 1950 – Η Eveready παρουσίασε την μπαταρία μεγέθους D για τον πρώτο φακό χειρός. 1955 – Η Eveready παρουσίασε τους πρώτες μικρές μπαταρίες για ακουστικά βαρηκοΐας. 1956 – Η Eveready παρήγε την πρώτη μπαταρία 9 V, η οποία χρησιμοποιείται συνήθως τους σημερινούς ανιχνευτές καπνού. 1957 – Η Eveready παρουσίασε την πρώτη εμπορική μπαταρία για ρολόγια. 1958 – Η Eveready παρουσίασε το σύστημα επαναφορτιζόμενων μπαταριών Eveready® Nickel Cadmium (NiCd).

1959 – Η Eveready ανέπτυξε τους πρώτες εμπορικά βιώσιμες κυλινδρικές αλκαλικές μπαταρίες, φέρνοντας την επανάσταση στη φορητή ενέργεια. Στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Ινστιτούτου Smithsonian, μπορείτε να δείτε το πρώτο αρχέτυπο αλκαλικό στοιχείο, το οποίο κατασκεύασε με το χέρι ο επιστήμονας τους Energizer, ο Lew Urry. 1960 – Η Eveready παρήγαγε τους πρώτες μικρές μπαταρίες οξειδίου του αργύρου για χρήση σε ακουστικά βαρηκοΐας και ρολόγια. 1989 – Η Energizer οδήγησε τη βιομηχανία σε περιβαλλοντικές πρωτοβουλίες για να εξαλείψει τον υδράργυρο που προστίθεται τους μπαταρίες. Τους, παρουσίασε την πρώτη εμπορικά διαθέσιμη αλκαλική μπαταρία AAAA. 1991 – Η πρώτη εμπορικά διαθέσιμη μπαταρία, χωρίς υδράργυρο, για ακουστικά βαρηκοΐας στον κόσμο είναι γεγονός. 1992 – Η Energizer παρουσίασε την πρώτη μπαταρία λιθίου AA στον κόσμο. Η μπαταρία Energizer e² Lithium είναι η μπαταρία με τη μεγαλύτερη διάρκεια στον κόσμο για συσκευές υψηλής τεχνολογίας. 1995- Η Energizer παρουσίασε τον πρώτο δοκιμαστή επάνω τους μπαταρίες.

Εικόνα 8 : Τα μέρη των κοινών μπαταριών πολλαπλών χρήσεων

12

1997 – Η Energizer παρουσίασε τους πρώτες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες NiMH υψηλής ενέργειας. 2000 – Η Energizer παρουσίασε για πρώτη φορά την Energizer e² Titanium Technology με βελτιωμένο σχεδιασμό μπαταρίας και τεχνολογία τιτανίου για να παρέχει εξαιρετική ισχύ και αξιοπιστία. 2001 – Η Energizer παρουσίασε το Energizer EZ

Change, έναν νέο διανεμητή για μπαταρίες ακουστικών βαρηκοΐας. 2003 – Η Energizer παρουσίασε την πρώτη μπαταρία λιθίου AAA – την Energizer e2 Lithium. 2010 – Η Energizer λανσάρει ξανά καινοτόμες συσκευασίες σε όλα τα προϊόντα οικιακών μπαταριών και φακών. Επιπλέον, τους οι πληροφορίες μάρκετινγκ και επικοινωνίας τους Energizer, στο Διαδίκτυο και εκτός, ενημερώνονται για να αντανακλούν την ολοκαίνουργια στρατηγική και σχεδιασμό.

3β.Ορισμοί εννοιών Αν και στην ενότητα 2α , μπορούμε να διαβάσουμε τα απαραίτητα

στοιχεία των εννοιών που συντελούν στη διεξαγωγή τους έρευνας , σύμφωνα και με τους οδηγίες του καθηγητή τους , παραθέτουμε παρακάτω , χρήσιμες γνώσεις για τους έννοιες των μεταβλητών που σχετίζονται με την πειραματική τους προσπάθεια .

Μπαταρία: Η εσωτερική λειτουργία μιας μπαταρίας τυπικά στεγάζεται μέσα σε ένα μεταλλικό ή πλαστικό περίβλημα. Αποτελείται από μια κάθοδο , το οποίο συνδέεται με το θετικό ακροδέκτη, και μία άνοδο , η οποία συνδέεται με τον αρνητικό ακροδέκτη. Αυτά τα συστατικά, πιο γενικά γνωστή ως ηλεκτρόδια , καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος του χώρου σε μια μπαταρία και είναι ο τόπος όπου συμβαίνουν οι χημικές αντιδράσεις. Τους διαχωριστής δημιουργεί ένα εμπόδιο μεταξύ τους καθόδου και τους ανόδου, εμποδίζοντας τα ηλεκτρόδια να έρχονται σε

επαφή μεταξύ τους , ενώ επιτρέπει στο ηλεκτρικό φορτίο να ρέει ελεύθερα μεταξύ τους. Το μέσο που επιτρέπει το ηλεκτρικό φορτίο να ρέει μεταξύ τους καθόδου και τους ανόδου είναι γνωστή ως ηλεκτρολύτης . Ενώ οι διαδικασίες με τους οποίες θα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια διαφέρουν ελαφρώς από μπαταρία σε μπαταρία, η βασική ιδέα παραμένει η ίδια.

Όταν ένα φορτίο ολοκληρώνει το κύκλωμα μεταξύ των δύο τερματικών, η μπαταρία παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας σειράς αντιδράσεων ηλεκτρομαγνητικής μεταξύ τους ανόδου, καθόδου και του ηλεκτρολύτη. Η άνοδος βιώνει μια αντίδραση οξείδωσης στην οποία δύο ή περισσότερα ιόντα (ηλεκτρικά φορτισμένα άτομα ή μόρια) από τον ηλεκτρολύτη συνδυάζονται με την άνοδο, την παραγωγή μιας ένωσης και την απελευθέρωση τους ή περισσοτέρων ηλεκτρονίων. Ταυτόχρονα, η κάθοδος περνά μέσα από μια αντίδραση αναγωγής στο οποίο η ουσία καθόδου, ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια συνδυάζονται τους για να σχηματίσουν ενώσεις. Αν και αυτή η δράση μπορεί να ακούγεται περίπλοκο, είναι πραγματικά πολύ απλό: Η αντίδραση στην άνοδο δημιουργεί ηλεκτρόνια, και η αντίδραση στην κάθοδο τους απορροφά.

Σύγχρονες μπαταρίες χρησιμοποιούν μια ποικιλία χημικών ουσιών για να τροφοδοτήσει τους αντιδράσεις τους. Οι πιο εύχρηστες μπαταρίες είναι οι παρακάτω και περιλαμβάνουν:

1. Μπαταρία ψευδάργυρου-άνθρακα : Η χημεία ψευδαργύρου-άνθρακα είναι κοινή σε τους φθηνές ΑΑΑ, ΑΑ, C και μπαταρίες ξηρών στοιχείων D. Η άνοδος είναι ψευδάργυρος , η κάθοδος είναι το διοξείδιο του μαγγανίου, και ο ηλεκτρολύτης είναι το χλωριούχο αμμώνιο ή χλωριούχος ψευδάργυρος.

Εικόνα 9: Μπαταρία Energizer Ultimate L91 AA 3000mAh 1.5V Lithium (LiFeS2) Battery (L91VP) - Bulk

13

2. Αλκαλική μπαταρία : Αυτή η χημεία είναι τους κοινή στην ΑΑ, C και D μπαταρίες ξηρών στοιχείων. Η κάθοδος αποτελείται από ένα μαγγανίου μίγματος διοξειδίου, ενώ η άνοδος είναι σκόνη ψευδαργύρου. Παίρνει το όνομά του από τον ηλεκτρολύτη υδροξειδίου του καλίου, το οποίο είναι μια αλκαλική ουσία.

3. Μπαταρία ιόντων λιθίου (επαναφορτιζόμενη) : χημεία λιθίου χρησιμοποιείται συχνά σε συσκευές υψηλής απόδοσης, τους κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και ακόμη και ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Μία ποικιλία ουσιών που χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες λιθίου, αλλά ένα κοινό συνδυασμός είναι μία κάθοδος οξειδίου του κοβαλτίου λιθίου και μια άνοδο άνθρακα.

4. Μολύβδου-οξέος (επαναφορτιζόμενα) : Αυτή είναι η χημεία που χρησιμοποιείται σε μία τυπική μπαταρία αυτοκινήτου. Τα ηλεκτρόδια αποτελούνται συνήθως από διοξείδιο του μολύβδου και μεταλλικό μόλυβδο, ενώ ο ηλεκτρολύτης είναι ένα διάλυμα θειικού οξέος.

Χημική αντίδραση: :Με τον όρο χημική αντίδραση ή χημικό φαινόμενο χαρακτηρίζεται γενικά οποιαδήποτε διεργασία μετασχηματισμού μιας χημικής ουσίας σε άλλη. Ακριβέστερα, χημική αντίδραση είναι μια μεταβολή τους ύλης κατά την οποία μία ή περισσότερες ουσίες (αντιδρώντα) μετατρέπονται σε μία ή περισσότερες διαφορετικές ουσίες. Οι χημικές αντιδράσεις περιγράφονται με τη βοήθεια χημικών εξισώσεων.

Από τον ορισμό προκύπτει ότι οι αλλαγές κατάστασης (τους πχ το λιώσιμο του πάγου ή η εξάτμιση του νερού) δεν είναι αντιδράσεις.

Σε κάθε χημική αντίδραση, ο συνολικός αριθμός ατόμων των αντιδρώντων ισούται με το συνολικό αριθμό ατόμων των προϊόντων. Ισοδύναμα, η συνολική μάζα των αντιδρώντων είναι ίση με τη συνολική μάζα των προϊόντων. Η τελευταία πρόταση είναι γνωστή και ως αρχή διατήρησης τους μάζας. Τους τους τρόπος έκφρασης τους τους έννοιας είναι ο εξής: Σε κάθε χημική αντίδραση το συνολικό μοριακό βάρος παραμένει σταθερό.

Άρα σε μια αντίδραση ισχύει η αρχή διατήρησης τους μάζας, δηλαδή Πιο συγκεκριμένα, σε κάθε χημική αντίδραση το συνολικό μοριακό βάρος παραμένει σταθερό. Συνεπώς σε μια χημική αντίδραση η ύλη αλλάζει μορφές και ιδιότητες αλλά δε καταστρέφεται ούτε δημιουργείται.

Στη χημική αντίδραση τα άτομα των χημικών στοιχείων που λαμβάνουν μέρος είτε μεμονωμένα είτε συμμετέχοντας σε αρχικές χημικές ενώσεις, αναδιατάσσονται με συνέπεια ή να δημιουργούν νέες χημικές ενώσεις ή ν΄ αποχωρίζονται από τους αρχικές, σε ίδιο πάντα αριθμό ατόμων, αλλά σε διαφορετικούς τους συνδυασμούς. Έτσι τα μεν αρχικά στοιχεία ή ενώσεις λέγονται αντιδρώντα ενώ τα παραγόμενα προϊόντα τους χημικής αντίδρασης.

Εξαιτίας των χημικών αντιδράσεων, τα χημικά στοιχεία συνδυάζονται έτσι ώστε να συγκροτούν σχεδόν όλο τον Κόσμο γύρω τους. Για παράδειγμα: η σκουριά, το μαύρισμα των ασημικών, το μαγείρεμα των τροφών, οι καύσεις, η πέψη, κ.ά. αποτελούν προϊόντα χημικών αντιδράσεων.

Ηλεκτρόδιο- Άνοδος- Κάθοδος: Ένα ηλεκτρόδιο (electrode) είναι τους αγωγός που χρησιμοποιείται ως επαφή με μη μεταλλικά τμήματα τους κυκλώματος (π.χ. τους ημιαγωγού, τους ηλεκτρολύτη ή τους κενού). Η λέξη επινοήθηκε από τον William Whewell κατόπιν του αιτήματος του Μάικλ Φαραντέι από τους ελληνικές λέξεις ήλεκτρον και οδός.

Ένα ηλεκτρόδιο σε ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο (electrochemical cell) αναφέρεται είτε ως άνοδος είτε ως κάθοδος. Η άνοδος ορίζεται ως το ηλεκτρόδιο στο οποίο τα ηλεκτρόνια αφήνουν το στοιχείο και λαμβάνει χώρα οξείδωση και η κάθοδος ως το ηλεκτρόδιο στο οποίο τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στο στοιχείο και λαμβάνει χώρα αναγωγή. Κάθε ηλεκτρόδιο μπορεί να γίνει είτε άνοδος είτε κάθοδος, ανάλογα με την φορά του ρεύματος μέσα από το κελί. Ένα διπολικό

Εικόνα 10 : Συσκευή ηλεκτρόλυσης

14

ηλεκτρόδιο είναι ένα ηλεκτρόδιο που λειτουργεί ως η άνοδος τους κελιού και η κάθοδος τους άλλου κελιού.

Ηλεκτρική τάση : Ο ορισμός τους τάσης είναι: η μέτρηση τους πιθανότητας τους ηλεκτρικού πεδίου για να προκαλέσει ένα ρεύμα σε έναν αγωγό. Ένα ηλεκτρικό πεδίο «σπρώχνει και να τραβά» ηλεκτρικά φορτία, οπότε αν βάλετε ένα ηλεκτρόνιο σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, θα κινηθεί. Η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων είναι ένα ρεύμα (Το βασικό σημείο είναι ότι η τάση είναι ένα μέτρο του πόσο έντονα φορτισμένα σωματίδια που ωθούνται και έλκονται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Το σύμβολο για τάσης είναι V.

Ηλεκτρικό Ρεύμα : είναι μια μέτρηση του πόσο φορτίο κινείται μέσω τους κυκλώματος σε μια δεδομένη χρονική περίοδο. Στην περίπτωση του φακού, το ρεύμα μέσω του λαμπτήρα είναι μια μέτρηση τους ποσότητας του ηλεκτρικού φορτίου που ρέει μέσω του λαμπτήρα σε δεδομένη χρονική στιγμή.Το σύμβολο για το ρεύμα είναι I. Το σύμβολο για την μονάδα του ρεύματος, του αμπέρ, είναι Α. Ο ακριβής ορισμός τους αμπέρ είναι: το ρεύμα που παράγεται από τη ροή τους Coulomb ανά δευτερόλεπτο.

Ηλεκτρική αντίσταση : Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω των υλικών σε απόκριση σε μία τάση, δημιουργώντας ένα ρεύμα. Ορισμένα υλικά, τους ο χαλκός, έχουν πολύ χαμηλή αντίσταση, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να ρέει ελεύθερα-είναι καλοί αγωγοί. Ορισμένα υλικά έχουν ενδιάμεσο αντίσταση, τους ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται για να κάνουν τρανζίστορ. Ημιαγωγοί μπορεί να έχει μια οριακή τιμή για την τάση που θα προκαλέσει ένα ρεύμα να ρέει, για παράδειγμα. Και ορισμένα υλικά, τους το καουτσούκ, έχουν υψηλή αντοχή και χρησιμοποιούνται ως μονωτήρες για το διαχωρισμό.Το σύμβολο για την αντίσταση είναι R. Η μονάδα για την αντίσταση είναι η ohm, η οποία έχει το σύμβολο Ω.

Πολύμετρο: Το πολύμετρο είναι ένα ηλεκτρολογικό/ηλεκτρονικό όργανο το οποίο μετράει την τάση, την ένταση και την αντίσταση σ΄ ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Ένα πολύμετρο μπορεί να είναι μια φορητή συσκευή χρήσιμη για τη εύρεση ελαττωμάτων ή ένα όργανο που μπορεί να μετρήσει σε έναν πολύ υψηλό βαθμό ακριβείας. Ένα τέτοιο όργανο βρίσκεται συνήθως σε εργαστήρια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χαρακτηρίσει τα πρότυπα αντίστασης και τάσης ή να ρυθμίσει και να ελέγξει την απόδοση των πολλών χρήσεων. Το ρεύμα, η τάση, και οι μετρήσεις αντίστασης θεωρούνται τυποποιημένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα για το πολύμετρο. Τα πολύμετρα AVO, είναι κατασκευαστής πολυμέτρων που άντλησαν το όνομά τους από τα αμπέρ (Α), τα βολτ (V), και τα ωμ (Ω), μονάδες που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ρεύματος, τους τάσης, και τους αντίστασης αντίστοιχα. Είναι εξαιρετικά πρακτικές συσκευές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ανιχνεύσουν ηλεκτρικά προβλήματα σε οικιακές συσκευές, στα ηλεκτρονικά συστήματα τους αυτοκινήτου κ.α. Είναι η συσκευή που έχει τους τους δυνατότητες των παραπάνω οργάνων(ωμόμετρο, βολτόμετρο, αμπερόμετρο)και ανάλογα την μέτρηση που κάνουμε αλλάζουμε τον μεταγωγέα στο κατάλληλο όργανο ενώ ταυτόχρονα απομονώνουμε τα υπόλοιπα.

Η έννοια και δομή του ηλεκτρικού κυκλώματος και οι δύο από τους τρόπους σύνδεσης ( σε σειρά και παράλληλα) στοιχείων των κυκλωμάτων που αξιοποιήσαμε στην έρευνά τους , εξηγούνται στην ενότητα 2α.

Τέλος διευκρινίζουμε ότι αντί πατάτας , η έρευνα μπορεί να γίνει και με διάφορα άλλα λαχανικά η φρούτα

Εικόνα 11: Φορητό ψηφιακό πολύμετρο

15

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο:

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

4α. Σχεδιασμός πειραματικής διάταξης – αιτιολόγηση επιλογών

Για την πειραματική μας διάταξη σχεδιάσαμε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα, αξιοποιώντας τα υλικά και τις συσκευές που ήταν απαραίτητα , ακολουθώντας τα παρακάτω βήματα :

Βήμα 1ο : Σε 3 πατάτες ιδίου περίπου όγκου και μεγέθους , κάνουμε με μαχαίρι 2

σχισμές στη κάθε μία , σε απόσταση 4 εκ. Βήμα 2ο

: Σε χάλκινη μπάρα γείωσης , με μεταλλοψάλιδο σχηματίζουμε 3 ίσου μεγέθους τμχ.

Βήμα 3ο : Βυθίζουμε σε κάθε πατάτα τα τμχ. της χάλκινης μπάρας σε βάθος 4 εκ. και

ομοίως τα γαλβανισμένα τμχ. σιδήρου στο ίδιο βάθος. Η πειραματική μας διάταξη είναι έτοιμη. Στην ενότητα 4γ , περιγράφεται η αξιοποίησή

της για την εκτέλεση του πειράματος

Εικόνα 12

Εικόνα 13

4β. Διάγραμμα διαδικασίας του πειράματος

4γ. Εκτέλεση και φωτογραφίες του πειράματος Στην έρευνά μας πραγματοποιήσαμε 2 πειράματα. Το ένα 29/3/2016 και το δεύτερο

στις 26/4/2017. Με την χρησιμοποίηση των απαιτούμενων υλικών και συσκευών , όπως περιγράψαμε στην ενότητα 4α, ακολουθήσαμε τα εξής βήματα :

Βήμα 1ο : Συνδέσαμε με 2 κροκοδειλάκια τα ηλεκτρόδια μιας εκ των πατατών στους ακροδέκτες του βολτομέτρου ( πολύμετρου) . Ο επιλογέας του βολτομέτρου τοποθετήθηκε

1.Συγκέντρωση των υλικών. Τοποθέτηση 6 ηλεκτροδίωνστις 3 πατάτες του πειράματος. Δημιουργία απλούηλεκτρικού κυκλώματος με 1 πατάτα.

2. Σημειώνουμε την ένδειξη της τάσης , που παράγει η 1πατάτα. Στη συνέχεια δημιουργούμε κύκλωμα σειράς με 2και 3 πατάτες και σημειώνουμε και τις 2 ενδείξεις τουβολτομέτρου ( πολύμετρου).

3. Σχηματίζουμε κύκλωμα με τις 3 πατάτες συνδεδεμένεςπαράλληλα και μετράμε την ηλεκτρική τάση πουπαράγεται από την σύνδεση αυτή με το βολτόμετρο.

4. Σχηματίζουμε πίνακα τιμών για τις συνδέσεις μας καισυγκρίνουμε τις τιμές της ηλεκτρικής τάσης

16

στα 20V. Mετά από χρόνο 10 sec, που μετρήθηκαν με το χρονόμετρο κινητού τηλεφώνου μέλους της ομάδας μας, καταγράψαμε σε πίνακα τιμών που είχαμε προετοιμάσει την τιμή της ηλεκτρικής τάση που παράγει η μπαταρία-πατάτα.

Βήμα 2ο : Συνδέσαμε σε σειρά 2 από τις πατάτες και με την ίδια διαδικασία λάβαμε την νέα ένδειξη του βολτομέτρου ( ε ι κόνα 14)

Εικόνα 14 : Κύκλωμα σειράς με 2 πατάτες-μπαταρίες

Βήμα 3ο : Συνδέσαμε σε σειρά με τα κροκοδειλάκια ( χάλκινη μπάρα γείωσης 1ης

πατάτας στον κόκκινο ακροδέκτη του βολτομέτρου – γαλβανισμένο τμχ σιδήρου 1η ς πατάτας

στη χάλκινη μπάρας της 2ης πατάτας – γαλβανισμένο τμχ σιδήρου 2η ς πατάτας στη χάλκινη

μπάρας της 3ης πατάτας και τέλος το 3ο γαλβανισμένο τμχ. σιδήρου στο μαύρο ακροδέκτη

του βολτομέτρου ), τις 3 πατάτες και με την ίδια διαδικασία λάβαμε την νέα ένδειξη του βολτομέτρου.

Βήμα 4ο : Τέλος συνδέσαμε παράλληλα τις πατάτες με την βοήθεια των αγωγών σύνδεσης ( κάθε χάλκινο με το γειτονικό του και κάθε γαλβανισμένο με το γειτονικό του ομοίως και τα κροκοδειλάκια του βολτομέτρου το ένα σε οποιοδήποτε χάλκινο ηλεκτρόδιο από τα 3 και το άλλο σε οποιοδήποτε από τα 3 γαλβανισμένα ( ε ι κόνα 15 )

Καταγράψαμε και τις 4 τιμές σε πίνακα που είχαμε προετοιμάσει και ακολουθεί σε επόμενη ενότητα.

17

Εικόνα 15

4δ. Κατάλογος υλικών- συσκευών- μηχανών-εργαλείων πειράματος και εκτίμησης κόστους τους έρευνας

Α/Α Υλικό – συσκευή- εργαλείο- μηχανή ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΚΟΣΤΟΣ

1. Πατάτες ιδίου σχήματος και όγκου 800 gr 0,60 €

2. Αγωγοί σύνδεσης ( κροκοδειλάκια) 8 τμχ. Από το εργαστήριο

3. Γαλβανισμένα τμχ. σιδήρου ( 3τμχ.) 3 τμχ. 0,60 €

4. Χάλκινη μπάρα γείωσης 1τμχ. 1,20 €

5. Πολύμετρο ( χρήση ως βολτόμετρο) 1τμχ. Από το εργαστήριο

6. Μαχαίρι 1τμχ. Από το εργαστήριο

7. Χάρακας 1τμχ. Από το εργαστήριο

8. Μεταλλοψάλιδο 1τμχ. Από το εργαστήριο

ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ ΥΛΙΚΩΝ 2,40 €

18

4ε. Παρουσίαση δεδομένων –μετρήσεων

Μετρήσεις πειραμάτων

Εργαστήριο τεχνολογίας

Αριθμός ή

Σύνδεση

Μπαταριών

πατάτας

Μετρήσεις 1ου

πειράματος

(Τετάρτη 29/3/ 2017)

Τιμή ηλεκτρική τάσης (V)

Μετρήσεις 2ου

πειράματος

(Τετάρτη26/4/2017)

Τιμή ηλεκτρική τάσης (V)

Μέση

Τιμή

ηλεκτρικής

τάσης (V)

1 πατάτα 0,77 0,79 0,78

2 πατάτες 1,64 1,64 1,64

3 πατάτες

σε σειρά 2,47 2,49 2,48

3 πατάτες

παράλληλα 0,82 0,86 0,84

4στ. Ανάλυση αποτελεσμάτων - Γραφήματα

Από το πίνακα τιμών παρατηρούμε 1) ότι η τιμή της τάσης που παράγεται στη σύνδεση σε σειρά 2 πατατών σε σχέση με μία είναι παραπάνω από διπλάσια ( 1,64:1,78=2,1) και εκείνη με 3 πατάτες παραπάνω από τριπλάσια (2,48:0,78=3,2) και 2) η τιμή τους τάσης που παράγεται από 3 πατάτες σε σειρά σε σχέση με την σύνδεσή τους παράλληλα είναι σχεδόν τριπλάσια(2,48:0,84=2,95). Η σύγκριση αυτή λοιπόν δείχνει, ότι η αύξηση του αριθμού των πατατών , αυξάνει σημαντικά της τιμή της τάσης που παράγεται από την σύνδεσή τους σε σειρά , καθώς επίσης και ότι υπερτερεί σημαντικά και από την σύνδεσή τους παράλληλα.

Γραφήματα :

19

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Το τελικό συμπέρασμα της έρευνας που επιβεβαίωσε την υπόθεση μας , είναι ότι : 1)Η αύξηση του αριθμού των πατατών και 2)η σύνδεση τους σε σειρά, σε σχέση με την αντίστοιχη της παράλληλης σύνδεσης, αυξάνει την τιμή της ηλεκτρικής τάσης που παράγουν.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο:

ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΑΠΟ ΑΛΛΟΥΣ ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ

Συμπληρωματικές έρευνες που στηρίζονται στα δεδομένα και στις μεταβλητές που εξετάσαμε στη

παρούσα έρευνα , τις οποίες προτείνουμε σε μελλοντικούς ερευνητές , αποτελούν οι παρακάτω :

Πως η απόσταση των ηλεκτροδίων, που τοποθετούνται σε πατάτες , στις συνδέσεις σε σειρά ή

παράλληλα, επηρεάζουν τις τιμές της τάσης και της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος των μπαταριών από πατάτα ;

Πως ο αριθμός των πατατών, στις συνδέσεις σε σειρά ή παράλληλα, επηρεάζει τις τιμές της τάσης και της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος των μπαταριών από πατάτα ;

Πως το ποσό των ηλεκτροδίων που είναι ενσωματωμένο στις πατάτες ( μήκος βυθίσματος) , στις συνδέσεις σε σειρά ή παράλληλα, επηρεάζουν τις τιμές της τάσης και της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος των μπαταριών από πατάτα ;

20

ΠΗΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗΣ

http://www.sciencebuddies.org/science-fair projects/project_ideas/Energy_p010/energy/potato-

battery.shtml?from=Blog#background

http://electronics.howstuffworks.com/everyday-tech/battery.htm

http://www.physicsclassroom.com/class/circuits

//el.wikipedia.org/wiki/Μπαταρία

http://www.hellenic-college.gr/works/helcolpedia/projects/energy/store/bateries-

konstantinou-2013.pdf

http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Energy_p010/energy/potato-battery.shtml

http://www.psarema-skafos.gr/ell/product/%CE%97-%CE%B9%CF%83%CF%84%CE%BF%CF%81%CE%AF%CE%B1-%CF%84%CE%B7%CF%82-

%CE%BC%CF%80%CE%B1%CF%84%CE%B1%CF%81%CE%AF%CE%B1%CF%82

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A7%CE%B7%CE%BC%CE%B9%CE%BA%CE%AE_%CE%B1%CE%BD%CF%84%CE%AF%CE%B4%CF%81%CE%B1%CF%83%CE%B7

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%97%CE%BB%CE%B5%CE%BA%CF%84%CF%81%CF%8C%CE%B4%CE%B9%CE%BF

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A0%CE%BF%CE%BB%CF%8D%CE%BC%CE%B5%CF%84%CF%81%CE%BF