Статья содержит научные результаты участия авторов в школьном этапе Всероссийского конкурса исследовательских работ и рефератов «Я — исследователь» 2022 года.
В статье авторы изучают, как батарейки влияют на рост и развитие растений, а также причины, по которым окружающие нас люди не сдают использованные батарейки на переработку. Также авторы предлагают варианты, которые помогут сделать так, чтобы как можно больше людей сдавали батарейки на переработку.
Ключевые слова: батарейки, утилизация, вред, растения.
В прошлом году наш класс участвовал в экологической акции «Сдай батарейку — спаси ёжика». Акция заключалась в том, чтобы каждый класс сдал как можно больше батареек для дальнейшей их переработки. Наш класс собрал больше всех батареек и занял первое место.
Волонтёры рассказали нам, что одна из причин, по которой необходимо собирать и сдавать батарейки на переработку, связана с их губительным воздействием на почву, из-за чего растения растут медленнее или вообще погибают. А заражение почвы наносит серьёзный вред не только растениям, но и животным.
Участие в таком важном деле не оставило нас равнодушными. Мы решили провести эксперимент и выяснить, какой вред наносят батарейки растениям и по возможности сделать так, чтобы об этой проблеме узнало как можно больше людей.
Актуальность работы обусловлена тем, что окружающие нас люди мало информированы о том, как неправильная утилизация батареек влияет на рост и развитие растений. В наших силах показать, какой вред они могут нанести окружающей среде, чтобы как можно больше людей осознали проблему и сдавали использованные батарейки на переработку. Благодаря этому мы сможем помочь сохранить нашу природу.
Область исследования. Окружающий мир.
Предмет исследования. Растения, посаженные с батарейками — цельными и раздробленными и без батареек.
Цель исследования. Изучение влияния батареек на рост и развитие растений.
Задачи исследования:
– Изучить научную литературу по истории создания батареек и их видам.
– Провести эксперимент по высадке и выращиванию растений в домашних условиях с батарейками и без них;
– Проследить за растениями и влиянием батареек на их рост, а также составить по этим данным таблицы;
– Провести онлайн-опрос, чтобы узнать, какое количество батареек в среднем люди используют в год, выявить, какой процент сдает их на переработку, а также причины, по которым они их не сдают на переработку.
– Составить карту мест, где сейчас в г. Долгопрудном можно сдать батарейки на переработку и постараться расширить места их сбора.
Методы исследования. Анализ материалов из научных публикаций в печатных изданиях и интернете, онлайн-опрос, составление карты с местами сбора батареек и расширение мест их сбора.
История появления батареек
В ходе своего исследования мы познакомились с историей появления батареек. Их появление связывают со случайным открытием итальянского врача, анатома и физиолога Луиджи Гальвани. В 18 веке он изучал строение нервов и мышц на задних лапках лягушки. Он подвесил свежепрепарированную лягушачью лапку на медном крючке к железной перекладине. И всякий раз, когда лапка касалась железа, она вздрагивала. Луиджи Гальвани продолжил свои исследования и после ряда опытов он сделал вывод, что электрические заряды вырабатываются вследствие каких-то жизненных процессов в самой лапке лягушки [1].
Тогда другие ученые стали проводить эксперименты не только на лягушках, но и овцах, кроликах, и даже на человеческих ногах. Они пытались отыскать источник электричества в теле животного и научиться заряжать его.
Однако в разгар триумфа открытия «животного электричества» профессор физики Алессандро Вольта опубликовал статью, где утверждал, что для объяснения опытов Гальвани не нужно предполагать существование какого-то особого «животного электричества». Дело совсем не в бедной лягушке и не в ее отрезанной ноге. Просто Гальвани, сам того не подозревая, привел во взаимодействие два различных металла.
Собственноручное повторение его опытов убедило Вольту, что опыты Гальвани следует объяснять совершенно иначе: лягушачья ножка— не источник, а лишь приемник электричества. Источник же — разные металлы, которые касаются друг друга. «Металлы не только прекрасные проводники, — писал Вольта, — но и двигатели электричества» [2].
Это было основное открытие, благодаря которому люди смогли создать батарейки и аккумуляторы.
В доказательство Вольта вовсе исключил из экспериментов животных [2]. Он взял два разнородных металла, к примеру, клал на язык золотую или серебряную и медную монеты. Роль электропроводящей жидкости играла слюна языка, но сокращения мышц языка не было — Вольта лишь чувствовал «электрическое пощипывание» на поверхности языка, где он касался металлов. Важно, что пощипывание отсутствовало, если два металла были одинаковыми! Тем самым Вольта доказал, что не мышца, а именно два разных металла являются возбудителями электричества.
И в конце 1799 г. Вольта соединил последовательно пары цинковых и медных пластинок, разделенных прокладками из картона или кожи, которые были пропитаны раствором щелочи или соленой водой. В результате чего на границе соприкосновения на одном из металлов скапливаются отрицательные заряды (избыток электронов), а на другом — положительные (недостаток электронов) [1]. Иллюстрация его эксперимента на рисунке 1.
Рис. 1. Вольтов столб
Вольта был первым испытателем своего прибора. Он с удивлением наблюдал, что прибор его может оказать действие буквально на все органы чувств. Совершенно не представляя, к чему это может привести, ученый опускал руку в чашу с водой, к которой подсоединял один из контактов «столба», а к другому контакту он прикреплял проволоку, свободным концом которой он прикасался ко лбу, к носу, к веку. Он чувствовал или укол, или резкий удар — и все это аккуратно записывал. Иногда боль становилась невыносимой — и тогда Вольта размыкал свою цепь. Он понял, что его «столб» — это источник постоянного тока.
После изобретения Вольтова столба в распоряжении ученых оказался источник, способный непрерывно поддерживать движение электрических зарядов в проводнике. Такое движение назвали постоянным электрическим током. А конструкцию назвали по имени изобретателя «Вольтовым столбом». Этот принцип действия и лег в основу батареек.
Состав, принцип действия батареек и их виды
Современные батарейки, конечно, устроены немного иначе. В них есть два электрода. Электрод — это материал-проводник электрического тока. Один электрод заряжен положительно и называется «катод». Другой заряжен отрицательно и называется «анод».
Например, в обычной солевой батарейке в качестве анода используется цинк, а в качестве катода — графит. Два электрода внутри батарейки разделены электролитом. Электролит — это растворы, к примеру соли или щелочи. Между этими веществами происходит химическая реакция, энергия которой преобразуется в электрическую энергию.
Если батарейку вставить в прибор, начнется взаимодействие анода, то есть цинка с электролитом. Цинк очень дружелюбный металл и щедрый, он начинает «делиться» отрицательно заряженными частицами — электронами. Поскольку их становится очень много, единственным выходом для них становится движение к положительному полюсу. Как только мы вставляем батарейку в прибор появляется дорога, по которой они и устремляются. Направленное движение электронов — это и есть электрический ток, который заставляет прибор работать.
Принцип работы батареек одинаковый. Различие могут быть в составе веществ, с помощью которых выделяется электрический ток. По составу батарейки делят на:
– солевые. В них анод — цинк, катод — графит, а электролит — хлорид аммония или хлорид цинка.
– щелочные. В них анод — из цинка в форме порошка, катод — диоксид марганца, а электролитом является щелочь или иначе гидроксид калия или гидроксид натрия.
– литиевые. Литиевые батарейки различаются по составу, но во всех подзаряжаемых модификациях, включая те, что ставятся в фотоаппараты и сотовые телефоны, используется оксид лития-кобальта в качестве катода и графит в качестве анода [3].
– ртутные. Анодом служит цинк, катод — ртуть в жидком виде, а электролит — гидроксид калия;
– серебряные батарейки. Анод представляет собой цинк, катод состоит из серебра, электролит — гидроксид калия или натрия.
Теперь мы знаем состав батареек. Но как они влияют на растения? Об этом — далее.
Экспериментальная часть
Посадили растения с батарейками
Мы узнали, из каких веществ состоят батарейки. А теперь, проведем эксперимент и узнаем, как же они влияют на растения.
Мы высадили дома декоративную фасоль с тремя видами батареек, которые используются в быту чаще всего: солевыми, щелочными и литиевыми (рисунок 2).
Рис. 2. Процесс высадки батареек
Соответственно каждое из растений высаживали следующим образом (таблица 1)
Таблица 1
Принцип высадки растений с батарейками и без
|
Номер горшочка по порядку |
Принцип высадки декоративной фасоли |
|
1 |
Без батарейки |
|
2 |
С солевой цельной батарейкой |
|
3 |
С солевой раздробленной батарейкой |
|
4 |
С цельной щелочной батарейкой |
|
5 |
С раздробленной щелочной батарейкой |
|
6 |
С цельной литиевой батарейкой |
|
7 |
С раздробленной литиевой батарейкой |
Наш эксперимент длился с 27 ноября по 6 января. Дальнейшие наблюдения были нецелесообразны, поскольку растения, которые мы высадили с батарейками либо засохли, либо завяли. Результаты нашего эксперимента — в таблице 2.
Таблица 2
Результаты наблюдения за ростом и развитием растений с батарейками и без
|
Дата/ № горшочка по порядку |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
27.11.2021 |
Высадили декоративную фасоль |
||||||
|
01.12.2021 |
Росток 1 см |
Ростки не взошли |
|||||
|
03.12.2021 |
3 см |
1 см |
1 см |
5 см |
|||
|
06.12.2021 |
14 см |
12 см |
3 см |
16 см |
|||
|
09.12.2021 |
22 см |
15 см |
6 см |
24 см |
|||
|
12.12.2021 |
30 см |
24 см |
9 см |
30 см |
|||
|
31.12.2021 |
38 см |
26 см |
9 см |
33 см |
|||
|
06.01.2022 |
83 см |
72 см — завял |
9 см — засох |
49 см — засох |
|||
Как видно из эксперимента растения с батарейками даже если взошли быстрее, в конце эксперимента уступали в росте тому растению, которое мы высадили без них. Причем растения с раздробленными батарейками либо не взошли, либо же выросли незначительно по сравнению с другими посадками (рисунки 3, 4 и 5)
Рис. 3. Декоративная фасоль без батареек к концу эксперимента
Рис. 4. Декоративная фасоль с цельной батарейкой (солевая)
Рис. 5. Декоративная фасоль с раздробленной батарейкой (солевая)
Что касается цельных батареек, то пока их внешняя оболочка не нарушена они в какой-то период времени даже опережали рост растений без них. Но по прошествии времени, когда ее целостность нарушалась и вещества из батарейки попадали в почву рост растений почти прекратился. Более того к окончанию эксперимента, растения, посаженные с батарейками либо завяли, либо засохли.
Аналогичные процессы происходят и на свалках бытовых отходов. Поступая в почву, земли и произрастающие на них растения подвергаются химическому загрязнению [4].
Провели опрос
Мы решили узнать, сколько в среднем окружающие нас люди используют батареек в год, а также понять, какой процент из них сдает батарейки на переработку.
В опросе приняли участие 62 человека. Причем главными условиями были такие:
– люди должны проживать на территории РФ;
– они не учатся и не являются родителями учащихся «Физтех — лицея» и «Физтех — начало», поскольку все лицеисты сдают батарейки каждые полгода.
По результатам опроса оказалось, что большинство из опрошенных использует в среднем от 10 до 30 батареек в год (рис. 6).
Рис. 6. Результаты опроса по количеству использованных батареек в год
Из них сдают на переработку 44 процента (рис. 7).
Рис. 7. Результаты ответов по вопрос, сдают ли опрошенные люди батарейки
Оставшиеся 56 процентов опрошенных либо не сдают (31 процент), либо сдают частично (25 процентов).
Причем среди тех, кто не сдает батарейки, основными причинами, опрошенные обозначили такие:
– нет в шаговой доступности пункта приема батареек (74 процента);
– забывают о том, что их можно утилизировать (18 процентов);
– не знают, какой вред наносят батарейки или же их не интересуют проблемы окружающей среды (по 4 процента) (рис. 8).
Рис. 8. Результаты опроса о причинах, по которым опрошенные не сдают батарейки
В городе Долгопрудном есть 32 места, где можно сдать батарейки на переработку [5]. Из них 19 находятся в школах, в том числе и «Физтех-лицее» (рисунок 9).
Рис. 9. Карта мест, где можно сдать батарейки в г. Долгопрудный
А остальные — в магазинах, к примеру, «Вкус вилл» и «Пятерочка». Однако, проанализировав ответы опрошенных, проживающих непосредственно в городе Долгопрудном, мы поняли, что и этих пунктов сбора недостаточно.
Предложили варианты решения выявленных проблем
Людям намного проще сдавать батарейки и не забывать об их правильной утилизации, если пункт сбора или напоминание о том, что их нужно сдавать, они будут видеть ежедневно. Для этого мы придумали и сделали следующее:
– проинформировали окружающих нас людей (соседей и друзей) о вреде батареек;
– проинформировали окружающих нас людей о местах сбора батареек;
– расширили места сбора батареек за счет сделанных своими руками контейнеров в подъездах жилых домов.
Первое, что мы сделали — это составили памятки о том, как батарейки влияют на окружающую среду и где их можно сдать на переработку в нашем городе (рисунок 10).
Рис. 10. Памятка для соседей
Их мы развесили на первых этажах своих жилых домов. Второе — разместили сделанные своими руками контейнеры на первых этажах в подъездах своих жилых домов (рисунок 11).
Рис. 11. Наши самодельные контейнеры для сбора батареек
Причем, когда наши родители рассказали об этом в чатах для соседей, они были очень рады, что у них появились контейнеры для сбора батареек. А люди из соседних подъездов тоже попросили сделать нас для них контейнеры. Это говорит о том, что окружающие нас люди готовы сдавать батарейки на переработку.
Это может сделать каждый из вас. Воспользуйтесь нашими памятками и сделайте контейнеры для сбора батареек в ваших жилых домах. Так мы вместе с вами сможем вместе сократить количество использованных батареек, которые в будущем попадут в почву и нанесут вред нашей окружающей среде.
Результаты и выводы исследовательской работы
По результатам нашей работы:
– Мы изучили научную литературу и узнали историю появления батареек, их состав и принцип действия;
– Мы провели эксперимент и узнали, как батарейки разных видов влияют на рост и развитие растений;
– Мы провели опрос и узнали, что большинство людей не сдают батарейки на переработку по двум основным причинам: места сбора батареек находятся не в шаговой доступности и люди забывают о том, что их нужно правильно утилизировать;
– Мы проанализировали причины и придумали, чем мы лично можем помочь, чтобы как можно больше батареек окружающие нас люди сдавали на переработку.
– Мы составили памятки, в которых рассказали о вреде батареек и с пунктами приема батареек в городе Долгопрудном и развесили их на первых этажах своих домов.
– Мы сделали контейнеры для сбора использованных батареек в наших жилых домах.
Благодаря нашей исследовательской работе мы узнали, что батарейки негативно влияют на рост и развитие растений. Растения, высаженные с батарейками, либо не всходят, либо растут медленнее и засыхают. Теперь у нас нет сомнений, что чтобы не нанести вред растениям, использованные батарейки необходимо сдавать на переработку, а не выбрасывать с бытовым мусором.
Первоочередная задача каждого из нас, проинформировать как можно больше людей о том, какой вред батарейки наносят растениям. Для этого вы можете скачать нашу памятку по QR-коду (Рисунок 12).
Рис. 12. QR-код памятки
Распечатайте ее и вывесьте на первом этаже в своем подъезде, чтобы ваши соседи знали и помнили о том, какой вред наносят батарейки растениям. Или же попросите родителей скинуть QR- код вашим соседям в чате. Каждый из них тогда сможет прочитать о том, какой вред наносят батарейки окружающей среде, на компьютере самостоятельно.
Кроме того, каждый из вас может сделать контейнеры для сбора батареек, чтобы люди не забывали о том, что их надо правильно утилизировать, и чтобы у них не было отговорок для правильной утилизации батареек. Ведь что может быть проще, чем выбросить использованные батарейки в своем доме на первом этаже. Мы верим, что каждый из вас поможет сохранить растения на нашей планете.
Литература:
- Лансберг Г. С. «Элементарный учебник физики. Электричество и магнетизм — Физматлит, 2019.
- Леенсон Илья «Первые шаги: Гальвани и Вольта», журнал «Химия и жизнь», 2017, № 1.
- Козлова Н. Д. «Как это устроено?... Литиевые батарейки», журнал «Физика», 2008, № 7.
- Официальный сайт ФБУЗ «Центр гигиенического образования населения» Роспотребнадзора — www.cgon.rospotrebnadzor.ru
- Официальный сайт завода по утилизации батареек — www.eco2eco.ru.
