Dane INFORMACYJNE Nazwa Szkoły Zespół Szkół w Mosinie ID grupy 98/67_MF_G2 kompetencja Matematyczno-fizyczna Temat projektowy Od żaby do stacji kosmicznej Semestr Rok szkolny V semestr 2011/2012

Od żaby do stacji kosmicznej Zaintrygował Cię powyższy tytuł? Chcesz wiedzieć co wspólnego mają żabie udka z lotami w kosmos? Zapraszamy do obejrzenia naszej prezentacji ->>>

wstęp Pewnego dnia włoski naukowiec Luigi Galvani zauważył, że żabie udka kurczą się po podłączeniu ich do maszyny elektrostatycznej. Tak rozpoczęły się pierwsze badania nad właściwościami prądu. Obecnie stacje kosmiczne bez zasilania prądem elektrycznym nie mogłyby funkcjonować. Dzięki badaniom nad właściwościami prądu, możemy dziś tworzyć rzeczy, o których kilkadziesiąt lat temu ludziom się nie śniło. Tak oto żabę i stację kosmiczną łączy ze sobą prąd elektryczny. Ale jak to było z tym prądem??? ->>>

historia elektryczności NA POCZĄTKU BYŁ PIORUN!!! Istnienie zjawisk elektrycznych znane już było w starożytności, odnosiło się jednak wyłącznie do zdolności przyciągania drobnych przedmiotów drewnianych przez potarty bursztyn (Tales z Miletu). W XVI w. William Gilbert wprowadził pojęcie sił elektrycznych (greckie elektron - bursztyn). W 1729 r. angielski badacz Stephen Gray (1670-1736) podzielił ciała na izolatory i przewodniki, a w 1734 r. Francuz Ch.F. du Fay (1698-1739) stwierdził istnienie dwóch rodzajów ładunków elektrycznych: dodatnich (powstają w pocieranym szkle) i ujemnych (powstają w pocieranym ebonicie).

historia elektryczności W 1785 r. Charles Augustin de Coulomb sformułował prawo opisujące oddziaływanie spoczywających ładunków elektrycznych. Duże znaczenie praktyczne miały wynalazki Alessandro Volty: kondensator (1782) i ogniwo elektryczne (1800). Gwałtowny rozwój badań zjawisk elektrycznych nastąpił w pierwszej połowie XIX w.: w 1820 r. Christien Hans Oersted odkrył wzajemny wpływ zjawisk elektrycznych i magnetycznych, w 1821 Andre Marie Ampere odkrył wzajemne oddziaływanie magnetyczne obwodów elektrycznych, przez które płynie prąd, w 1826 Georg Simon Ohm określił związek pomiędzy natężeniem prądu a napięciem w obwodzie elektrycznym.

historia elektryczności W 1831 Michael Faraday odkrył indukcję elektromagnetyczną i samoindukcję, następnie skonstruował pierwszą prądnicę i silnik elektryczny. Kirchhoff sformułował podstawowe prawa dotyczące prądów elektrycznych w obwodach. Ścisłe sformułowanie fundamentalnych praw elektrodynamiki klasycznej podał w 1864 James Clerk Maxwell, a w 1888 r. Heirich Rudolf Hertz odkrył przewidziane przez Maxwella fale elektromagnetyczne. W 1897 r. sir Joseph John Thomson odkrył elektron, w 1909 r. Robert Andrews Millikan wyznaczył wielkość ładunku elementarnego. W 1905 Albert Einstein wyjaśnił zjawiska magnetyczne jako efekty relatywistyczne wywołane ruchem ładunków elektrycznych (teoria względności).

Wielcy fizycy Coulomb Charles Augustin de (1736-1806), fizyk francuski, oficer wojsk inżynieryjnych, członek Akademii Nauk. Badacz zjawisk magnetycznych i elektrycznych oraz teorii maszyn prostych. W 1785 r. sformułował prawo elektrostatyki, nazywane dziś jego imieniem, które brzmi: dwa ładunki odpychają się lub przyciągają z siła wprost proporcjonalną do iloczynu wartości tych ładunków, a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi. Wprowadził pojęcie momentu magnetycznego, odkrył zjawisko ekranowania pola elektrycznego.

Wielcy fizycy Volta Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio (1745-1827), fizyk włoski. Profesor na uniwersytetach w Como i Padwie. Pionier badań nad elektrycznością: wynalazł elektrofor (1775), kondensator (1782) i ogniwo złożone z elektrod srebrnej i cynkowej oraz wody morskiej jako elektrolitu (tzw. ogniwo Volty, 1800). Badał wpływ elektryczności na organizmy żywe. Odkrył też gaz błotny, czyli metan (1776) i oznaczył jego wartość opałową.

Wielcy fizycy Ampère Andrè Marie (1775-1836), wybitny fizyk francuski pierwszej połowy XIX w., badacz zjawisk elektromagnetycznych, matematyk. 1809-1824 profesor cole Polytechnique w Paryżu, od 1824 - cole Normale tamże. Odkrył (1820) wzajemne oddziaływanie przewodników, przez które przepływa prąd elektryczny. Opisał prawo rządzące tym oddziaływaniem, prawo określające siłę, z jaką pole magnetyczne o indukcji B działa na przewodnik przez który płynie prąd o danym natężeniu I.

Wielcy fizycy Ohm Georg Simon (1787-1854), fizyk niemiecki, profesor politechniki w Norymberdze (1833-1849) i uniwersytetu w Monachium (po 1849). Autor prac z dziedziny akustyki i badań nad elektrycznością. Sformułował (1826) i udowodnił prawo opisujące związek pomiędzy natężeniem (natężenie prądu elektrycznego) a napięciem prądu elektrycznego (prawo Ohma – natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia między końcami tego przewodnika). Badając zależność oporu od formy geometrycznej przewodnika udowodnił istnienie oporności właściwej. Wykazał (1842), że ucho ludzkie dokonuje analizy harmonicznej dźwięku.

Wielcy fizycy Kirchhoff Gustaw Robert (1824-1887), wybitny niemiecki fizyk, członek Berlińskiej, Petersburskiej i Paryskiej Akademii Nauk, profesor fizyki we Wrocławiu (1850-1854), Heidelbergu (1854-1875) i Berlinie (po 1875), badacz zjawisk elektrycznych (prawo Kirchhoffa – suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z węzła) oraz ich związków ze zjawiskami mechanicznymi (elektrostycja, magnetostrykcja). Również autor prac z dziedzin optyki i ciepła (Kirchhoffa prawo promieniowania), opracował wraz z R. W. Bunsenem metodę analizy spektralnej (spektroskopia).

Wielcy fizycy Maxwell James Clerk (1831-1879), wybitny szkocki fizyk, profesor uniwersytetu w Aberdeen (1856-1860), Kings College w Londynie (1860-1865) i Cambridge (po 1871), organizator i pierwszy dyrektor Cavendish Laboratory w Cambridge. Autor wybitnych prac teoretycznych dotyczących podstaw elektrodynamiki klasycznej (równania Maxwella, 1864), kinetycznej teorii gazów (Maxwella – Boltzmanna rozkład, Maxwella prawo rozkładu, 1860), optyki i teorii barw (np. zjawisko Maxwella, 1855-1872) oraz stabilności grawitacyjnej pierścieni Saturna (1859).

Ogniwa Wróćmy jednak do Luigi Galvaniego (1737 - 1798) – włoskiego fizyka, lekarza, fizjologa, który odkrył istnienie zjawisk elektrycznych w tkankach zwierzęcych, przez co zwrócił uwagę uczonych na nową dziedzinę wiedzy, nazwaną później elektrochemią. Podczas badań anatomicznych żab, dokonał słynnego odkrycia zjawiska pobudzenia elektrycznego narządów, które przypisywał – błędnie – tzw. elektryczności zwierzęcej. Mimo, że sama hipoteza była błędna, przyspieszyła znacznie prace nad badaniem elektryczności, w szczególności zainspirowały Alessandra Voltę do badań.

Ogniwa Alessandro Volta w 1791 roku powtarzał doświadczenia Galvaniego i wyjaśnił, że powstawanie prądu nie jest związane z organizmem żywym, lecz metalami zanurzonymi w elektrolicie. Do badań napięcia wytwarzanego przez metale używał własnego języka. Określił szereg metali wg wywoływanego efektu. W 1800 skonstruował ogniwo Volty poprzez zanurzenie płytek srebra i cynku w słonej wodzie, a w 1801 zaprezentował przed samym Napoleonem Bonaparte stos Volty. Na jego cześć jednostkę napięcia elektrycznego nazwano wolt.

baterie Ogniwa Volty są wszędzie - w samochodzie, telefonie komórkowym komputerze. W zależności od zastosowań, muszą one być trwałe (jak w samochodzie), lekkie (jak w telefonie), długożyciowe (jak w komputerze). Wszystkie te wymagania można osiągnąć przez dobór właściwych metali.

Baterie cynkowo - węglowe Najpopularniejszym ogniwem galwanicznym jest ogniwo Leclanchego, występujące np. w bateriach cynkowo-węglowych (tzw. paluszkach). Wadą ogniw cynkowo-węglowych jest, że są mało odporne na długie przechowywanie a po dużym rozładowaniu mogą wylać elektrolit. Ogólnie ogniwa te służą do jednorazowego użytku (aż do wyczerpania), Jednakże ze względu na ich cenę są najpopularniejszymi bateriami.

Baterie alkaliczne Podobne do baterii cynkowo-węglowych są baterie alkaliczne, lecz zamiast elektrolitu użyto roztworu o odczynie zasadowym (alkalicznym), więc stąd ich nazwa. Użyto w nich czystsze reagenty na elektrody, co daje im większą pojemność i trwałość podczas przechowywania. Niestety, cena baterii alkalicznych jest dużo większa niż „paluszków”, lecz można je obciążyć dużymi prądami, bez dużej utraty pojemności i spadku napięcia. Najlepiej nadają się do odtwarzaczy MP3, aparatów cyfrowych, latarek o dużej mocy, pilotów zdalnego sterownia.

Akumulator niklowo-kadmowy Ogniwo zbudowane jest z elektrody ujemnej z kadmu i dodatniej z niklu. Elektrolitem jest wodny roztwór wodorotlenku potasu. W celu zapobieżenia zwarciu, elektrody są przedzielone porowatym separatorem, wykonanym najczęściej z tworzywa sztucznego. Tego typu akumulator jest do dziś najtrwalszym ogniwem miniaturowym, ma też niską cenę, jego zaletą jest waga, czas życia, lecz występuje w nim uciążliwy efekt pamięci. Chodzi o to, że powinien być rozładowywany i ładowany w pełnych cyklach, czyli zaleca się pełne rozładowywanie, a po rozładowaniu należy akumulator niezwłocznie naładować nie pozostawiając go na dłużej w stanie rozładowanym.

Badanie baterii Część eksperymentalną rozpoczęliśmy od badania różnego typu baterii. Wykorzystując zestaw Coach oraz zestaw do doświadczeń z elektryczności mierzyliśmy napięcia na końcach baterii.

Własne źródło energii elektrycznej Kolejnym etapem było zbudowanie własnego ogniwa. Wykorzystaliśmy gwoździe cynkowe i miedziane wbite w cytrynę lub limonkę. Należy pamiętać, żeby dobrze „rozgnieść” cytrynę w celu uwolnienia naszego elektrolitu.

Własne źródło energii elektrycznej Na końcach takiej baterii pojawiało się napięcie. Dla pojedynczych owoców ok. 0,5V.

Własne źródło energii elektrycznej Postanowiliśmy połączyć kilka takich ogniw szeregowo:

Własne źródło energii elektrycznej Uzyskane na końcach napięcie wynosiło 1,5V.

Własne źródło energii elektrycznej

Na zakończenie… elektryczność jest wygodną i stosunkowo tanią formą przesyłania energii i obecnie nie można sobie wyobrazić życie bez energii elektrycznej. Obecnie naukowcy zajmują się opracowaniem tańszych metod wytwarzania i przekształcania energii elektrycznej, zwiększaniem wydajności istniejących urządzeń, opracowywaniem jeszcze lepszych materiałów na przewodniki i izolatory itp. Istotną sprawę stanowi ochrona życia i mienia. Mimo iż elektryczność jest już żywiołem ujarzmionym, ciągle nierozważne posługiwanie się nią może być przyczyną nieszczęścia. Choć większość praw i reguł rządzących światem elektrycznym wydaje się być znana, być może ciągle jeszcze pozostaje wiele do odkrycia lub rozwinięcia. Cały czas ten przemysł się rozwija, pojawiają się coraz to nowsze, ulepszone typy baterii i akumulatorów.

Źródła Przy przygotowaniu prezentacji korzystaliśmy z: http://pl.wikipedia.org http://supermozg.gazeta.pl/ Acoustics and Vibration Animations http://fizykon.org/ http://www.iwiedza.net SPIS TREŚCI

AUTORZY Mirela Baranowska Agnieszka Bączyk Szymon Bączyk Jakub Brożek Jagoda Janik Zuzanna Kurnatowska Adam Leśniewicz Marianna Leszczyńska Aneta Kaczmarek Maja Kujawa Karolina Staszak Damian Przybylski Weronika Woźnikiewicz pod opieką Pana Dariusza Madeja. SPIS TREŚCI