«Сборка гальванического элемента и повышающего преобразователя и его использование для изучения электрической диссоциации растворов электролитов»



Скачать 147.07 Kb.
Дата14.08.2018
Размер147.07 Kb.
#44326
ТипРеферат

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

города Москвы

«Школа № 1296»

(ГБОУ Школа № 1296)

ПРОЕКТ


«Сборка гальванического элемента и повышающего преобразователя и его использование для изучения электрической диссоциации растворов электролитов»

Выполнили: Иванов Максим (9 класс)

Волков Егор (9 класс)

Руководитель проекта: Кобцева В.И.

учитель химии

Москва 2018

Аннотация

Проект на тему: «Сборка гальванического элемента и повышающего преобразователя и его использование для изучения электрической диссоциации растворов электролитов»

Работу выполнили: Иванов Максим и Волков Егор, ученики 9 класса

Руководители проекта: Кобцева В.И., учитель химии



Предмет: химия, физика

Актуальность: потребность в использовании гальванического элемента в тех случаях, когда обычная сеть не доступна либо не целесообразна.

Цель проекта: собрать гальванический элемент с повышающим импульсным преобразователям и применить его в качестве источника тока при изучении электролитической диссоциации растворов электролитов.

Задачи проекта:

  1. собрать и проанализировать информацию;

  2. получить новые знания по химии и физике;

  3. получить новые навыки сборки электрической цепи и работы с приборами;

  4. познакомиться с технологией сборки существующих моделей;

  5. познакомиться с электролитической диссоциацией растворов электролитов и импульсными повышающими преобразователями;

  6. получить навыки работы с литературой и Интернет-ресурсами;


СОДЕРЖАНИЕ:
I. Введение
II. Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ


  1. Гальванический элемент;

  2. Теория электролитической диссоциации С. Аррениуса;

3. Устройство и принцип работы приборов Курчатовского оборудования, используемых в практической части:

3.1. Аквадистиллятор (генератор дистиллированной воды)

3.2.Импульсный повышающий DC DC преобразователь

III. Глава II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ



  1. Сборка гальванического элемента.

  2. Сборка повышающего DC -DC преобразователя.

  3. Сборка установки и изучение электрической диссоциации растворов электролитов.

IV. ВЫВОДЫ


V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
VI. Литература

I. ВВЕДЕНИЕ
Химические источники тока в течение многих лет прочно вошли в нашу жизнь. В настоящее время не стоит вопрос о получении с помощью гальванических элементов больших количеств электрической энергии и это вряд ли целесообразно, поскольку потребности современного общества в электроэнергии вполне удовлетворяются за счет сети электропередач.

Актуальность выбранной темы состоит в том, что в технике и быту постоянно растет число таких приборов, машин и сигнальных устройств, для которых требуются автономные, малогабаритные легкие и надежные источники тока. Здесь можно назвать источники тока для электроинструментов, сигнальных устройств, транзисторных приемников, электрических карманных фонариков, наручных часов и т.д. и, конечно же, для искусственных спутников Земли и космических лабораторий. Гальванические элементы находят также применение в различных предохранительных устройствах.

В отличие от электростанций, гальванический элемент или привычней говоря - батарейка, огромную мощность не способна дать нам, но без неё невозможно обойтись в тех случаях, когда обычная сеть не доступна либо не целесообразна. Поэтому для демонстрации электропроводности лучше использовать химические источники тока, так как данный прибор повышает наглядность возникновения электрического тока в растворах электролитов.

Также в нашей в работе был собран импульсный повышающий DC DC преобразователь, который позволяет усилить начальное напряжение, выдаваемое гальваническим элементом. Такие преобразователи являются очень актуальными на сегодняшний день и используются повсеместно в различных электротехнических установках.

Совместно с таким преобразователем гальванический элемент может стать полноценным источником постоянного тока для маломощных слаботочных потребителей.

Глава I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.Гальванический элемент

Гальванические элементы — это источники электрической энергии, вырабатывающие электрический ток методом химического взаимодействия двух металлов в электролите. Химическая энергия в гальванических элементах преобразуется в электрический ток.



Принцип работы

Действие гальванических элементов основано на том, что два разных металла в среде электролита взаимодействуют между собой, в результате чего во внешней цепи образуется электрический ток.

  Действие  любого гальванического элемента основано на протекании в нем окислительно-восстановительной  реакции. В простейшем случае гальванический элемент состоит из двух пластин  или стержней, изготовленных из различных  металлов и погруженных в раствор  электролита. Такая система делает возможным пространственное разделение окислительно-восстановительной реакции: окисление протекает на одном  металле, а восстановление - на другом. Таким образом, электроны передаются от восстановителя к окислителю по внешней цепи.

galvanicheskie elementy printsip deistviia

Такие химические элементы сегодня называют батарейками. Величина напряжения батарейки зависит от применяемых видов металлов и от числа элементов, находящихся в ней. Все устройство батарейки расположено в металлическом цилиндре. Электроды представляют собой металлические сетки с напылением восстановителя и окислителя.

Батарейки не могут восстанавливать утраченные свойства, так как в них осуществляется прямое преобразование химической энергии окислителя и восстановителя в электрическую. Химические реагенты при функционировании батарейки постепенно расходуются, а электрический ток уменьшается.

Простейший гальванический элемент

Он подразумевает наличие двух пластин либо стержней, выполненных из разных металлов, которые погружены в раствор сильного электролита. В процессе работы данного гальванического элемента, на аноде осуществляется процесс окисления, связанный с отдачей электронов. На катоде – восстановление, сопровождающееся принятием отрицательных частиц. Происходит передача электронов по внешней цепи к окислителю от восстановителя.



составить схему гальванического элемента

2. Теория электролитической диссоциации С. Аррениуса:
Классическая теория электролитической диссоциации была создана С. Аррениусом и В. Оствальдом в 1887 году. Аррениус придерживался физической теории растворов, не учитывал взаимодействие электролита с водой и считал, что в растворах находятся свободные ионы. Русские химики И. А. Каблукови В. А. Кистяковский применили для объяснения электролитической диссоциации химическую теорию растворов Д. И. Менделеева и доказали, что при растворении электролита происходит его химическое взаимодействие с водой, в результате которого электролит диссоциирует на ионы.

Классическая теория электролитической диссоциации основана на предположении о неполной диссоциации растворённого вещества, характеризуемой степенью диссоциации α, т. е. долей распавшихся молекул электролита.

Вещества, распадающиеся на ионы, называют электролитами. Электролиты – вещества с ионной или сильно ковалентной связью: кислоты, основания, соли. остальные вещества – неэлектролиты; к ним относятся вещества с неполярной или слабо полярной ковалентной связью; например, многие органические соединения.
Основные положения ТЭД (Теории электролитической диссоциации):

-Молекулы распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы (простые и сложные).

-Под действием электрического тока катионы (положительно заряженные ионы движутся к катоду(-), а анионы (отрицательно заряженные ионы) к аноду(+)

-Степень диссоциации зависит от природы вещества и растворителя, концентрации, температуры.



3. Устройство и принцип работы приборов Курчатовского оборудования, используемых в практической части:
Аквадистиллятор 
Дистиллированной водой называется вода с высокой степенью очистки. Получить ее можно из обыкновенной водопроводной воды при помощи специального устройства, называемого аквадистиллятором.
Принцип работы аквадистиллятора заключается в выпаривании пресной воды и последующем сборе конденсата. При нагревании вода превращается в пар, являющийся летучим веществом, соли же содержащиеся в ней при нагревании не переходят в газообразное состояние. Также при нагревании и испарении вода очищается от содержащихся в ней бактерий вирусов, что особенно важно при применении дистиллированной воды в медицинских целях. Помимо производства лекарственных препараторов, дистиллированная вода используется во многих областях промышленности. Она необходима для проведения лабораторных исследований, изготовления аккумуляторов, в автоклавах. Однако для каждой области применения требуемые объемы воды могут сильно варьироваться: от нескольких миллилитров для проведения химических анализов до сотен тонн при производстве аккумуляторов.

Импульсный повышающий DC DC преобразователь

Последним временем DC-DC преобразователь завоевал высокую популярность в различных сферах электроники. Широкое распространение они получили благодаря минимальным габаритам и относительно высокому коэффициенту полезного действия, поэтому повсеместно используются в качестве ключевого элемента питания различных гаджетов.

Первым делом заметим, что DC-DC преобразователь предназначен для преобразования постоянного напряжения одной величины в постоянное другой величины. DC расшифровывается, как direct current, что в переводе с английского обозначает постоянный ток. Преобразователи такого типа еще называют импульсными, поскольку последние отбирают энергию с источника питания порциями или же импульсами.

В зависимости от величины выходного напряжения по отношению ко входному они разделяются на три типа:

— понижающие (buck) – величина выходного напряжения меньше величины входного;

dc-dc понижающий преобразователь

— повышающие (boost) – значение выходного напряжения больше входного;



dc-dc повышающий преобразователь

— понижающе-повышающий (buck-boost) – способны как повышать, так и понижать выходное напряжение относительно входного.



Схема DC—DC повышающего преобразователя

Все компоненты повышающего DC-DC преобразователя выполняют точно такие же функции, что и в уже рассмотренном понижающего типа. Однако отличается структура построения схемы. Вкратце рассмотрим принцип ее работы.

При замкнутом ключе К практически весь ток протекает через катушку индуктивности. Она собой накоротко замыкает источник питания. Но длительность этого короткого замыкания достаточно короткая, что не приводит к опасным последствиям. При этом ток значительно возрастает, а энергия магнитного поля, накапливаемая в катушке, зависит в квадрате от тока, протекающего через нее Wм=LI2/2. За счет большего тока в повышающем DC-DC преобразователе катушка индуктивности запасает гораздо больше энергии, чем в понижающем.

схема повышающего dc-dc преобразователя

Рис. 20 — Схема повышающего DC-DC преобразователя

При размыкании ключа К эта энергия расходуется на заряд конденсатора и на питание нагрузки. Но при этом энергия катушки не иссекается, поскольку подпитывается от источника питания. За счет запасенной энергии в катушке увеличивается зарядный ток конденсатора. Поскольку электрический ток I – это количество зарядов Q за единицу времени t



I=Q/t,

то с увеличением, тока за одинаковое время, конденсатор накопит большее количество зарядов Q. А напряжение на конденсаторе прямо пропорционально зависит от количества зарядов и емкости



U = Q/С.

Следовательно оно также возрастет.



работа повышающего dc-dc преобразователя

Работа повышающего DC-DC преобразователя

Поэтому при увеличении зарядного тока конденсатора, возникающем за счет дополнительной энергии катушки, напряжение на конденсаторе становится выше чем источника питания.



Глава II. Практическая часть


  1. Сборка гальванического элемента.

Для сборки гальванического элемента использовались следующие химические реактивы: CuSO4, Al2(SO4)3, KCl или NaCl, HCl(в качестве электролита), Метилоранж, а также дистиллированная вода.

   


В качестве электродов используются алюминиевые и медные стержни, диаметром 16 мм, соединённые между собой медным многожильным проводом, сечением 8 мм2.

Алюминиевый и медный стержни погружены в сульфат алюминия и сульфат меди соответственно, между ними установлены мостик с хлоридом калия.









  1. Сборка гальванического элемента.

Провели проектирование платы в компьютерной программе Sprint-Layout 5.0, позволяет точно рассчитать расположение токопроводящих дорожек и расположения радиокомпонентов.




После этого выполняем перенос рисунка на специальную фольгированную основу

После нанесения рисунка на основу необходимо удалить лишнюю медную фольгу, медь должна остаться только на дорожках, защищённых черной краской. Для этого подходит раствор FeCl3, травление в котором занимает около 35 минут.

https://oao-sozvezdie.ru/images/photo/orig/c/d/9/cd9b45a2d09752025f554b068de817a4.jpg

Перед окончательной сборкой платы выполняем напайку микросхемы на подложку с шагом ножек 0,5 мм.


И в завершении работы по сборке преобразователя выполняем сверление отверстий, напайку радиокомпонентов, соединение микросхемы.



Докажем повышение напряжения. На 1 картинке вольтметр показывает начальное напряжение обычной батарейки. А на 2 картинке вольтметр показывает выходное напряжение преобразователя на трёх работающих светодиодах. ∆U=3,25 В-1,6 В=1,65 В




  1. Сборка установки и изучение электрической диссоциации растворов электролитов.

Всего было мы собрали 4 ячейки гальванического элементы, все они подключены последовательно для суммирования напряжения. Один из выводов источника пропущен через колбу с проверяемым электролитом (в нём может находится кислота-электролит или другое вещество). Далее идет повышающий преобразователь, который позволят увидеть результат прохождения\непрохождения тока более наглядно на светодиодах.




IV. ВЫВОДЫ:
Целью нашего проекта было собрать гальванический элемент, повышающий преобразователь и применить его в качестве источника тока при изучении электролитической диссоциации растворов электролитов.

Исходя из поставленной цели и задач проекта в своей работе мы:


1.Изучили принцип работы гальванического элемента.

2.Приобрели навыки сборки электрических цепей и электротехнических устройств, таких как импульсный преобразователь напряжения.

3.Собрали действующую модель для изучения и демонстрации электролитической диссоциации растворов электролитов.

4.Проанализировали достоинства и недостатка полученной модели.
V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Химические источники тока (ХИТ) имеют актуальное значения в жизни современного общества и представляют важнейший интерес для энергоснабжения самых разнообразных автономных объектов, среди которых электронные портативные приборы: ноутбуки, сотовые телефоны, цифровые видеокамеры, DVD и MP3 проигрыватели. Химические источники тока представляют огромный интерес и заманчивое будущее для автомобильной, космической, авиационной, судостроительной промышленности. Проблема создания химических источников тока, которые будут обеспечивать продолжительную работу приборов в автономном режиме, остается актуальной и позитивно решаемой. Над этой проблемой работают ученые всего мира. Каждый год в научных лабораториях создаются более совершенные химические источники тока, которые успешно внедряются в промышленное производство.

VI. Литература
1. Кедринский И.А., Дмитренко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники.

Москва, Энергоатомиздат, 1992.

2. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока.- Москва:

Энергоиздат, 1981.

3. Иллюстрированная энциклопедия.- Москва: Научное издательство

«Большая Российская энциклопедия», 2000г.

4. Коган Б. И. Редкие металлы. Состояние и перспективы.–– М.: Наука, 1979 5. Большая Советская Энциклопедия.––М.: Сов. Энциклопедия, 1973

6. Кедринский И. А., Дмитриенко В. Е., Поваров Ю. М. и др. Химические

источники тока с литиевым электродом.––Красноярск 1983

7. Скундин А. М., Ефимов О.Н., Ярмоленко О.В. Современное состояние и

перспективы развития исследований литиевых аккумуляторов.// Успехи

химии 71 (4) 2002

13. Макаренко Б.К., Шаврин Н.В., Середа П. ,А.,– Электротехническая

промышленность. Серия «Химические и физические источники тока», 1982

14. Кедринский И. А., Дмитриенко В. Е., Грудяков И.И. Литивые источники

тока.––М.: Энергоиздат, 1992



15. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока.- Москва:

Энергоиздат, 1981.
Каталог: media -> work
work -> «путешествие по грузии»
work -> Лгк на Юго-Востоке (лгк гбоу московский Химический Лицей 1303)
work -> Исследование " nfc-технологии в школе "
work -> Фортификационные сооружения времен ВОВ на территории западного округа москвы
work -> «Влияние эндогенных кислот на организм человека»
work -> Исследовательской работы
work -> Исследовательская работа по теме: «Миграционная ситуация в Германии в 2015-2016 году. Альтернативные решения»
work -> Проектная работа «Химические вещества и лекарства в домашней аптечке»
work -> Исследование процессов регенерации тканей животных и человека исследовательская работа Работа подготовлена ученицей 8

Скачать 147.07 Kb.

Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница