Создание и изучение свойств гальванических элементов

Цели проекта

1. Создание гальванических элементов.

2. Изучение сравнительных характеристик гальванических элементов.

Задачи проекта

1. Изучение теоретического материала по данной теме.

2. Изготовление гальванических элементов.

3. Определение ЭДС и внутреннего сопротивления гальванических элементов.

4. Исследование свойств батареи гальванических элементов.

Оборудование

1. Металлические электроды из различных материалов: куски толстой проволоки из меди и алюминия, стальные гвозди, куски оцинкованного железа, ложка из нержавеющей стали, монеты разного достоинства («белые» и «жёлтые»).

2. Соединительные провода, зажимы типа «крокодил».

3. Поваренная соль, два стакана.

4. Мультиметр для измерений постоянного напряжения с точностью до 10 мВ и силы тока с точностью до 10 мкА.

5. Лимоны, яблоки, клубни картофеля.

6. Светодиод с напряжением зажигания менее одного вольта.

ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОЕКТА

Базовый уровень

1. Для создания простейшего гальванического элемента поместите в стакан с насыщенным раствором поваренной соли два различных металлических электрода (например, медную проволоку и оцинкованное железо). Подсоедините к ним с помощью зажимов мультиметр. Объясните, почему показания вольтметра с большим сопротивлением, подключённого к полюсам источника тока, можно принять равными ЭДС источника (см. § 59).

2. По знаку напряжения установите, какой электрод является положительным, а какой — отрицательным полюсом гальванического элемента.

3. Определите ЭДС элементов, составленных из различных пар металлических проводников. Результаты представьте в виде столбчатой диаграммы, расположив пары проводников в порядке убывания ЭДС. Подпишите названия проводников.

Углублённый уровень

4. Выберите пару электродов, создающих наибольшую ЭДС. Используя эти электроды, создайте несколько гальванических элементов. Определите ЭДС батареи, собранной из таких последовательно и параллельно соединённых элементов. Сделайте выводы об ЭДС батареи элементов для последовательного и параллельного соединения элементов.

5. Сделайте гальванические элементы, используя медный и цинковый проводники, погружённые в лимон (рис. 1), яблоко и клубень картофеля. Определите, в каком из случаев ЭДС элемента будет максимальной. Результаты измерений представьте в виде столбчатой диаграммы.

Рис. 1

6. Определите двумя следующими способами внутреннее сопротивление элемента, созданного с использованием какого-либо плода (например, лимона).

а) Соедините последовательно с гальваническим элементом сопротивление (1—3 кОм) и мультиметр (в режиме амперметра). По формуле закона Ома для полной цепи рассчитайте внутреннее сопротивление источника тока.

б) Используя сведения из § 59, постройте графики зависимости С/(/), используя различные внешние сопротивления. По виду графика рассчитайте внутреннее сопротивление источника.

Сравните результаты для внутреннего сопротивления, полученные различными способами.

7. Исследуйте, как зависит ЭДС элемента и его внутреннее сопротивление от площади электродов. Попробуйте обосновать полученные на опыте закономерности.

8. Соберите такую батарею из нескольких последовательно соединённых элементов, чтобы её ЭДС превышала 3 В. Подсоедините к батарейке светодиод с низким напряжением зажигания (не забудьте, что важно соблюдать полярность подключения). Если светодиод не загорается, смените полярность подключения. Подготовьте презентацию о выполнении проекта.