Один из первых моих проектов был посвящен выращиванию лимонного дерева из лимонной косточки. В результате лимон, который я пытался вырастить, не прижился. Я продолжил изучать это растение и обнаружил информацию о том, что плоды лимона можно использовать в качестве батареек. Я задумался, а насколько выгодно и удобно такое необычное применение лимонов.

Потребность в источниках электроэнергии растет с каждым днем, появляются все новые гаджеты и устройства. Альтернативные источники энергии могут помочь снизить нагрузку на энергетическую систему, а также сэкономить ресурсы, в первую очередь, финансовые.

Как известно, электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.Для возникновения тока требуется источник, в котором создается электрическое поле за счет разделения положительных и отрицательных зарядов. Основная функция источника питания — это преобразовать различные виды энергии (механическую, химическую, внутреннюю) в электрическую. При использовании гальванических элементов в качестве источников питания электрическая энергия образуется именно за счет химических реакций.

Изучение различной литературы показало, что изобретенная 200 лет назад самая первая батарейка работала именно на основе фруктового сока.

Однако изучение электричества началось гораздо раньше. До конца XVIII века физики изучали электрические явления, опираясь только на источники статического электричества, такие как куски янтаря, шары из плавленой серы, электрофорные машины. Недостатком подобных материалов было то, что с их помощью можно было накопить статический заряд, однако обеспечить ток, длящийся хотя бы несколько секунд, было невозможно.

В своей повседневной жизни мы не сталкиваемся с гальваническими элементами, в основе которых лежат фрукты. Тем не менее, существует множество случаев применения подобных элементов в качестве источников энергии.

Например, в 2003 году в Австралии начала работу первая в мире силовая установка, использующая в качестве топлива скорлупу орехов. Индийские ученые из города Тирупати разработали батарейки, внутри которых находится паста из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей и фруктов.

В 2010 году компания Sony представила на научном конгрессе в США миниатюрную (2x4 см) фруктовую батарейку мощностью 10 мВт, пригодную для мобильных устройств. Расход фруктового сока — 8 мл/час. Разработка велась тайно несколько лет, предшествующие прототипы имели мощность 1,5 мВт (2007 г.) и 5 мВт (2009 г.). В настоящее время информация о применении таких биобатарей в сети ограничена.

Несмотря на то, что вопрос долговечности «фруктового гальванического элемента» требует дальнейших лабораторных исследований, применение фруктов может оказаться полезным в экстренных ситуациях, например, для подзарядки телефона или фонарика, или даже для разведения костра.

Чтобы проверить возможность получения тока из фруктов и овощей, я решил провести собственный эксперимент. Для этого я изготовил несложное оборудование.

К одному концу изолированной медной проволоки я прикрутил оцинкованный болт, к другому концу — медную проволоку диаметром 2 мм. Для проведения эксперимента я изготовил четыре подобных проводника (см. рис. 1).

Рис. 1. Проводник для проведения эксперимента

Далее собираем цепь из трех фруктов/овощей. Для этого в один фрукт/овощ с одной стороны вставляем болт одного проводника, а с другой стороны в этот же фрукт/овощ втыкаем край с медной проволокой другого проводника. Таким образом, собирается цепь из трёх фруктов/овощей. Оба незамкнутые конца цепи получаются медные. Это необходимо для проведения замеров (см. рис. 2).

Рис. 2. Соединение фруктов и проводников

После подключения мультиметра измеряем напряжение как отдельного, так и нескольких участков цепи при последовательном соединении.

Полученные результаты заносим в таблицу (см. табл. 1). В качестве сопротивления я использовал светодиод из лазерной указки с фонариком. По результатам экспериментов фонарик загорался в случаях последовательного подключения трех фруктов/овощей.

Таблица 1

Результаты эксперимента

При последовательном подключении сила тока в цепи остается неизменной, а напряжение в цепи — это сумма напряжений на каждом из элементов.

Для связи тока, напряжения и сопротивления используется закон Ома.

Так, по результатам эксперимента, проведенного с лимонами, мандаринами, яблоками, чесноком и картофелем, мы определили, что напряжение в цепи из трех фруктов/овощей изменяется в небольших пределах от 2,47 до 2,90 В, и этого достаточно для того, чтобы загорелся небольшой светодиод, взятый из лазерной указки.

В рамках исследования я решил поинтересоваться, насколько мои одноклассники ориентируются в альтернативных источниках энергии. Проведенный опрос показал, что 27,6 % класса не знают, что является источником электрического тока в гальванических элементах (см. рис. 3). Думаю, этим ребятам необходимо «подтянуть» свои знания по физике.

Рис. 3. Результаты опроса среди одноклассников

Фруктовые гальванические элементы перспективны для экстренных ситуаций, но в быту не используются. Отсутствие актуальной информации об использовании разработок Sony (2007–2010 гг.) на основе фруктового сока позволяет предположить, что их производство дорого и трудоемко из-за гниения фруктов и проблем с консервацией сока. Данный вопрос требует лабораторных исследований с учетом секретности разработок Sony.

Практически любое растение с кислотами может быть «фруктовым гальваническим элементом», но для достижения нужного напряжения потребуется разное количество растений, зависящее от концентрации и силы кислоты.

Сегодня фруктовые гальванические элементы не имеют распространения, но эта тема вызывает интерес у компаний-производителей электроники, так как альтернативные источники энергии необходимы из-за истощения невозобновляемых ресурсов и негативного влияния на экологию.

Литература:

1. Как добыть огонь при помощи лимона [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://kakhacker.ru/post/3598-kak-dobyt-ogon-pri-pomoshhi-limona
2. Перышкин, А. В. Физика. 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / А. В. Перышкин. — М.: Дрофа, 2013. — 237, [3] с.: ил.
3. Химические источники тока: аккумуляторы и батареи [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://spravochnick.ru/elektronika_elektrotehnika_radiotehnika/himicheskie_istochniki_toka_akkumulyatory_i_batarei/.