Анна Юняткина
Детская исследовательская работа «Электрические цепи, или в мире электричества»
Так была выбрана тема для моего первого настоящего исследования!
У меня часто возникали вопросы: Как электричество заставляет гореть лапочки? Откуда берется электрический ток в розетке? Как мои игрушки работают от батарейки, откуда в батарейке электричество? И в чем разница между электрическим током и электричеством?
Публикация «Детская исследовательская работа „Электрические цепи, или в мире электричества“» размещена в разделах
И вот в конце первого учебного полугодия в рабочей тетради по «Окружающему миру» задание: «Соберите электрическую цепь и зарисуйте ее». Папа с удовольствием согласился купить необходимый для этого «Электрический конструктор». Когда цепь была собрана, он рассказал мне, как по ней движется электрический ток. И мне стало интересно, почему батарейку я свободно беру в руки, и ток не приносит мне вреда, а вот в розетку пальцы засовывать нельзя, током убьет?
После этого я для себя точно решила, что обязательно должна разобраться с возникающими у меня вопросами, про электричество и ток! Что и послужило основанием для выбора темы исследования.
Гипотеза: Ток в электрической цепи бывает разным.
Для того чтобы проверить свою гипотезу мной была определена цель исследований и проведен ряд опытов.
Цель: Изучить электрические цепи с разными видами тока.
Для достижения поставленной цели мной по порядку были изучены все интересовавшие меня выше вопросы. Задачи:
1. Изучить природу электричества и электрического тока.
2. Ознакомиться с принципом работы батарейки.
3. Узнать, как электричество попадает в наш дом.
Для их решения я выполнила следующую работу :
1) спросила у папы и провела с ним опыты;
2) прочитала детские энциклопедии;
4) искала информацию в Интернете;
5) просматривала познавательные мультфильмы про электричество.
Методы и приемы исследования : наблюдение, эксперимент.
Оборудование: Электрический конструктор, мультиметр.
Практическая значимость: результаты исследования позволят больше узнать об окружающем мире, помогут в повседневной жизни.
Результат работы представлен в виде презентации.
1. Природа электричества и электрического тока
Из мультфильма «Смешарики: Пин-Код: Электробитва» мне было уже известно, что еще в древней Греции греками было замечено: если янтарь потереть о шерсть, он начнёт притягивать к себе лёгкие предметы, находящиеся поблизости. Силу, притягивающую к себе предметы греки стали называть электричеством. Янтарь по-древнегречески называется электроном. От «электрона»- янтаря образовали слово электричество. Это первое знакомство людей с электричеством.
Сейчас ученые доказали: «Все, что нас окружает, состоит из элементарных частиц: протонов и электронов, у которых есть удивительное свойство, они имеют электрический заряд».
Рис. 1. Протон и электрон
Протон – это положительно, а электрон отрицательно заряженная частица (рис. 1,2).
Рис. 2. Протон и электрон
Электроны и протоны притягиваются друг к другу и образуют конструкцию под названием атом. Протоны находятся в ядре атома, вокруг протонов вращаются электроны (рис. 3).
Рис. 3. Атом
При трении янтаря о шерсть частицы с атомов шерсти перескакивают на атомы янтаря (рис. 4).
Рис. 4. Что происходит при трении
В результате чего шерсть потеряв часть своих электронов становиться заряжена положительно, а янтарь отрицательно. Отрицательно и положительно заряженные атомы начинают притягиваться друг к другу (рис. 5). Такой вид электричества называется статическим.
Рис. 5. Статическое электричество
Если у одних атомов электронов переизбыток, то под действием электрических сил они устремляются туда, где электронов не хватает. Такой поток электронов и называется электрический ток (рис. 6).
Рис. 6. Электрический ток
Я попробовала повторить рассказанный в мультфильме пример (рис. 7).
Рис. 7. Опыт с янтарем
Потом я провела такой же опыт с линейкой: потерла линейку о шерсть, и кусочки бумаги притянулась к ней (рис. 8).
Рис. 8. Опыт с линейкой
В моем опыте электроны с линейки «перескочили» на шерсть, и линейка притянула к себе бумагу, пытаясь «захватить» с нее электроны.
Я сделала вывод, что янтарь и линейка наэлектризовались, в результате чего возникло статическое электричество.
Выводы:
1) Одинаковые заряды отталкиваются, разные – притягиваются. Одинаково заряженные тела отталкиваются, противоположно заряженные – притягиваются.
2) Электричество получаемое в результате потери баланса положительно и отрицательно заряженных частиц называется статическим.
3) Когда много-много электронов «бегут» по проводнику в одном направлении, возникает электрический ток.
4) Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.
2. Ознакомиться с принципом работы батарейки
Электричество может возникнуть не только при трении. Причиной возникновения тока может быть химическая реакция. Так устроены привычные нам батарейки.
Первая электрическая батарейка появилась в 1799 году. Её изобрел Алессандро Вольта (рис. 9). Он же изобретатель источника постоянного электрического тока.
Рис. 9. Алессандро Вольта (1745 – 1827)
Батарейки бывают круглые, квадратные (рис. 10).
Рис. 10. Разновидности батареек
Я рассмотрела строение и расскажу вам про пальчиковую батарейку. Её назвали так, потому что она похожа на пальчик. Снаружи я увидела, что с одного конца батарейки стоит знак «плюс», а с другого «минус» (рис. 11).
Рис. 11. Пальчиковая батарейка
Внутри современной батарейки два цилиндрика (анод +; катод -, вставленные один в другой. Между цилиндриками (плюсом и минусом) - специальный барьер (сепаратор, раствор или паста (рис. 12).
Рис. 12. Строение обычной батарейки
От одного цилиндрика к другому и течет электрический ток (рис. 13).
Рис. 13. Принцип работы батарейки
Например, от одного цилиндрика по проводу ток идет в лампочку и дальше по проводу подходит к другому цилиндрику (рис. 14).
Рис. 14. Электро-схема
Для наглядности я с папой собрала, показанную выше, электрическую цепь. На рисунке 15 представлен результат проведенного опыта.
Рис. 15. Электрическая цепь в действии
Мы с папой попытались в домашних условиях сделать свою батарейку (рис. 16).
Рис. 16. Батарейка своими руками
Для этого нам понадобились (рис. 17) :
• прочное бумажное полотенце;
• пищевая фольга;
• ножницы;
• медные монеты;
• соль;
• вода;
• маленькая лампочка;
• два изолированных медных провода.
Рис. 17. Что нужно
Как проводился опыт:
1. Растворили в воде немного соли.
2. Нарезали бумажное полотенце и фольгу на квадратики чуть крупнее монет.
3. Намочили бумажные квадратики в соленой воде.
4. Положили друг на друга стопкой: медную монету, кусочек фольги, снова монету, и так далее несколько раз. Сверху стопки должна быть бумага, внизу – монета.
5. Зачищенный конец одного провода подсунули под стопку, второй конец присоединил к лампочке. Один конец второго провода положили на стопку сверху, второй тоже присоединили к лампочке.
Лампочка не загорелась, зато загорелся диод (рис. 18).
Рис. 18. Опыт с монетами
Диод горел еле-еле, и мы решили провести еще один опыт при помощи уксуса.
Для него нам потребовались (рис. 19) :
• уксусная кислота
• саморезы;
• медная проволка;
• маленькая лампочка;
• коробочки от «киндеров»;
• изолированные провода.
Рис. 19. Что нужно
Как проводился опыт:
1. Соединили саморезы с медной проволокой (рис. 20).
Рис. 20. Этап 1
2. Залили в «киндеры» уксус (рис. 21).
Рис. 21. Этап 2
3. Вставили по очереди в коробочки от «киндеров» саморезы и медную проволку, так что бы в одном «киндере» была проволка, а в другом саморез (рис. 22).
Рис. 22. Этап 3
4. Подсоединили один провод к саморезу, а второй к медной проволке (рис. 23).
Рис. 23. Этап 4
5. Подсоединили провода к лампочке (рис. 24).
Рис. 24. Этап 5
Лампочка не загорелась, а диод горел хорошо (рис. 25).
Рис. 25. Этап 6
Так же ток возникает во фруктах и овощах. Я провела опыты с лимоном и картошкой.
В лимон и картошку воткнула медную и цинковую пластины и измерила напряжение вольтметром (рис. 26 и 27).
Рис. 26. Опыт с лимоном
Рис. 27. Опыт с картошкой
Вольтметр показал, что и в лимоне и в картошке возник электрический ток с примерно одинаковым напряжением.
Трех лимонов мне оказалось достаточно, чтобы светодиод потихоньку загорелся без дополнительных источников тока. Добавив еще один лимон диод начал гореть в полную силу, но лампочка как и в предыдущих опытах не загорелась (рис. 28).
Рис. 28. Опыт с лимоном
В опыте с картошкой, мы взяли 12 картофелин, но лампочка все равно не загорелась (рис. 29).
Рис. 29. Опыт с картошкой
По проделанным опытам с лимоном и картошкой я сделала вывод, что электрический ток в овощах и фруктах появляется в результате химической реакции между металлом и содержащейся в овощах и фруктах кислотой.
Еще я узнала, как работает световой источник тока – солнечные батареи.
Солнечная батарея состоит из множества солнечных элементов, в каждом из которых энергия света непосредственно превращается в электрическую энергию. Это совсем несложно, только для изготовления солнечного элемента нужно найти вещество с подходящими свойствами.
Свет «выбивает» электроны из вещества, покрывающего пластины батареи и возникает электрический ток (рис. 30).
Рис. 30. Солнечная батарея
Солнечная батарея есть у нас на даче, днем она накапливает электричество, а ночью начинает его отдавать (рис. 31).
Рис. 31. Пример солнечной батареи
Пока на батарею попадают лучи солнца, бабочка не горит, а как только мы ее закрыли телефоном, она зажглась.
Еще солнечные батареи можно встретить дома в калькуляторах (рис. 32).
Рис. 32. Калькуляторы с солнечной батареей
Вывод: Солнечные батареи не только производят электричество, но и накапливают его при помощи аккумулятора.
Таким образом, я пришла к выводу, что батарейки – это устройства, производящие электрическую энергию. Но одной батарейки недостаточно для того, чтобы лампочка или диод горели.
Для этого необходимо составить замкнутую электрическую цепь из электрических приборов. Папа научил меня собирать простейшую электрическую цепь.
Элементы электрической цепи соединяются проводами и подключаются к источнику питания.
Самая простая электрическая цепь состоит из :
1) источника тока;
2) потребителя электроэнергии (лампа, электробытовые приборы);
3) замыкающего и размыкающего устройства (выключатель, кнопка);
4) соединительных проводов;
Чертежи, на которых показано, как электрические приборы соединены в цепь, называются электрическими схемами.
На электрических схемах все элементы электрической цепи имеют условное обозначение.
Вывод: если батарейка является частью электрической цепи, то поток электронов течет от отрицательного полюса батарейки к положительному через все элементы цепи.
Вот как работают мои игрушки!
3. Как электричество попадает в наш дом
Современному человеку электричество необходимо, чтобы работали станки на заводах, чтобы ездили поезда, трамваи. А дома - чтобы работали различные приборы, которые помогают быстро выполнить домашнюю работу. Но откуда и как к нам в дом приходит электричество?
И вот что я узнала (рис. 33) :
1. Электричество для нашего дома производится на электростанции (ТЭЦ-17).
2. Дальше электричество движется по линии электропередач под сильным напряжением.
3. Потом электричество попадает в трансформатор, что бы стать пригодным
для домашних электроприборов. попадает в наши дома
4. С трансформатора электричество по проводам приходит к нам в дом.
Рис. 33. Как электричество
Я попросила родителей показать мне, откуда и как электричество приходит в наш дом (рис. 34).
Рис. 34. Как электричество приходит в наш дом
Для получения такого большого количества электроэнергии строят электростанции.
Ток на электростанции получают с помощью особого устройства – генератора (рис. 35).
Рис. 35. Генератор
Чтобы привести в действие генератор тока, используют разные виды энергии.
Тепловые получают энергию от сгорания топлива (газа, дизельного топлива или угля). Такая станция есть у нас в городе Ступино (например, ТЭЦ-17) (рис. 36).
Рис. 36. ТЭЦ-17 г. Ступино
На гидроэлектростанции для вращения турбины генератора используют энергию воды. Такую можно увидеть в городе Шатура (рис. 37).
Рис. 37. Шатурская гидроэлектростанция
На атомной электростанции используют энергию тепла, выделяемой при ядерной реакции (рис. 38).
Рис. 38. Ростовская атомная электростанция
А ещё есть ветровые электростанции (рис. 39, солнечные (рис. 40) и многие другие.
Рис. 39. Ветровая электростанция
Рис. 40. Солнечная электростанция
Когда вы нажимаете на выключатель лампы или какого-нибудь прибора, то электрический ток, пришедший от генератора, начинает течь по проводам, и прибор начинает действовать, а лампочка — светиться. Точно так же, как в моей электро-схеме (рис. 41).
Рис. 41. Электрическая цепь работы лампочки
Производство электроэнергии требует больших затрат, поэтому очень важно беречь ее, не тратить зря.
Подведем итоги!
Почему же электричество опасно? И почему батарейка для меня безвредна, а ток в розетке так опасен. Вот что я узнала:
Ток - это движение заряженных частиц в одном направлении. Частицы «бегут» не ровно, а колеблются (рис. 42).
Рис. 42. Электрический ток
«Колеблются» слабо – напряжение маленькое (например, в батарейке). «Удар» слабый (рис. 43).
Рис. 43. Электрический ток в батарейке
Сильные колебания – напряжение большое. «Удар» сильный. При прикосновении к проводнику палец чувствует удар и боль (рис. 44).
Рис. 44. Электрический ток в розетке
В розетке – 220 вольт, удар током приводит к травмам, ожогам и смерти.
Вот почему ток в розетке так опасен!
В результате всех проделанных исследований я сделала выводы :
1. Электричество - это общее название ВСЕХ явлений, так или иначе связанных со свойствами электрических зарядов.
2. Ток - это направленное движение электрических зарядов под действием сил электрической природы. То есть просто частный случай электричества.
3. Электричество в наш дом попадает по электрической цепи с электростанций.
4. Чем выше колебание частиц при движении, тем выше напряжение тока в цепи и опаснее его удар.
Будем бережно относиться к электричеству, будем помнить о той опасности, которую оно несёт в себе.
Источники:
1. Леенсон И. А. Загадочные заряды и магниты. Занимательное электричество. Изд-во: ОлмаМедиаГрупп, 2014 г;
2. https://www.kindergenii.ru;
3. https://detskiychas.ru;
4. https://www.kostyor.ru;
5. https://pochemuha.ru;
6. https://www.xliby.ru.
