Inhaltsverzeichnis. 1. Einleitung Funktionsweise einer Umweltbatterie Ablauf der Versuche Erkenntnisse...4

Transkript

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2 Ziel unserer Arbeit war es, durch Versuche mit verschiedenen Obst- und Gemüsesorten, herauszufinden, wie viel Energie eine Frucht enthält bzw. wovon diese abhängt. Aufgeteilt in vier Gruppen benutzten wir dazu ein Multimeter, um die Stromstärke und die Spannung zu messen. Wir maßen die Temperatur mit einem Thermometer, bestimmten den ph-wert mit einem Indikatorpapierstreifen und das Gewicht des Obstes mit der Küchenwaage. Dann viertelten wir die Früchte und konstruierten mit Zink- und Kupferstäben eine Serienschaltung und eine Parallelschaltung. Damit konnten wir herausfinden, wie viel Stromstärke und Spannung in dem Obst und Gemüse enthalten ist und ob wir damit eine LED-Lampe zum Leuchten bringen können. Weiters erstellten mit unserer Lehrerin ein Versuchsprotokoll, auf dem wir die gesammelten Daten aufschrieben. Jede Gruppe testete unterschiedliche Obst- und Gemüsesorten, wie zum Beispiel Melonen, Kiwis, Zitronen, Bananen, Orangen, Apfel, Kartoffeln, Karotten, Gurken und Tomaten. Dabei konnten wir feststellen, dass bei den verschiedenen Gemüse- und Obstsorten sehr unterschiedliche Ergebnisse herauskamen.

3 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Funktionsweise einer Umweltbatterie Ablauf der Versuche Erkenntnisse...4 a) Orangenbatterie...5 b) Zitronenbatterie...5 c) Melonenbatterie...6 d) Kiwibatterie...6 e) Tomatenbatterie...6 f) Kartoffelbatterie...7 g) Wie kann Spannung vergrößert/verkleinert werden...7 h) Unterschiede zwischen Reihen- und Parallelschaltung Schlussfolgerung Quellen...9

4 Stromerzeugung mit Umweltbatterien 1. Einleitung Wir sind die 4a Klasse der Neuen Mittelschule Ehrwald. Auf der Berufsafari im WIFI in Innsbruck wurde uns das Projekt DER KLEINE ALBERT vorgestellt. Begeistert und fest entschlossen dabei mitzumachen, fragten wir unsere Physik- und Chemielehrerin, ob es möglich wäre, an dieser Veranstaltung teilzunehmen. Nach der Zusage der Schule überlegten wir uns ein interessantes und unserm Alter entsprechendes Thema. Wir stellten uns die Frage: Ist es möglich aus Obst oder Gemüse Strom zu erzeugen? Für unsere Versuche verwendeten wir reifes, überreifes, aber auch faules Obst und Gemüse. Wir erforschten: Obst/Gemüsesorten: * Masse * Zitrone * Temperatur * Orange * Reifegrad * Kiwi * fest oder flüssig * Apfel * Flüssigkeitsmenge * Banane * ph-wert * Melone * Spannung * Gurke * Stromstärke * Kartoffel * Tomate * Karotte Üblicherweise kennt man nur die Zitronenbatterie, aber wir dachten uns, dass es möglich sein müsste, auch mit anderen Früchten Strom zu erzeugen. Ziel unserer Versuche war es, verschiedene Obst und Gemüsearten in Batterien zur verwandeln, die Spannung erzeugen. Weiteres versuchen wir herauszufinden, von welchen Stoffeigenschaften (z.b. Reife, Inhaltsstoffe ) die erzeugte Energie abhängt. Zudem versuchten wir herauszufinden, ob bzw. wie diese Eigenschaften beeinflusst werden können. 2

5 Stromerzeugung mit Umweltbatterien 2. Funktionsweise einer Umweltbatterie Bestandteile: * Obst * Kupferplatte * Zinkplatte * Anschlusskabel * 1 einfaches Spannungsmessgerät (Multimeter) * 1 LED-Lampe Versuch 1: Zuerst nimmt man das Obst oder Gemüse und steckt jeweils eine Kupferplatte und eine Zinkplatte hinein. Danach werden die Kupfer- und die Zinkplatte jeweils durch ein Anschlusskabel mit dem Multimeter verbunden. Vom Messgerät kann anschließend die Stromstärke (A) und Spannung (V) abgelesen werden. Wahlweise kann auch, mit einer in Serie geschalteten LED-Lampe, festgestellt werden, ob Strom fließt. Versuch 2: Der zweite Versuch wird nach der gleichen Anleitung aufgebaut, mit Unterschied, dass das Obst zerkleinert. Dabei spielt es keine Rolle, wie groß die Stücke sind. Es müssen allerdings immer eine Kupferplatte und eine Zinkplatte miteinander verbunden werden. Wichtig ist, dass die zwei Platten abwechselnd (plus-minus-plus-minus usw.) hineingesteckt werden. Bei beiden Versuchen dürfen sich die Platten ebenso wie die Anschlusskabel nicht berühren. Die Flüssigkeit in den verschiedenen Obst- und Gemüsesorten leitet den elektrischen Strom und dient daher als Elektrolyt. An den Kupfer- und Zinkplatten läuft eine chemische Reaktion ab, sobald der Stromkreis geschlossen wird. Dadurch werden Metallionen freigesetzt und es entsteht ein Spannungsunterschied zwischen den Elektroden. 3

6 Stromerzeugung mit Umweltbatterien 3. Ablauf der Versuche In Obst bzw. Gemüse steckten wir Zink- und Kupferstäbe und versuchten damit Spannung (V) und Stromstärke (A) zu erzeugen. Außerdem mussten wir noch die Masse, die Temperatur und den ph-wert herausfinden, um festzustellen, ob diese für unsere Versuche relevant sind. Wir begannen mit einem Versuchsobjekt und testeten danach mit mehreren Versuchsobjekten. Außerdem probierten wir, ob die Stromstärke ausreicht, um eine LED-Lampe zum Leuchten zu bringen. Wir konnten mit Hilfe eines Multimeters die Spannung und Stromstärke messen. Wir verbanden die Zink- und Kupferstäbe mit Krokoklemmen. Anschließend pürierten wir das Versuchsobjekt und maßen die Flüssigkeitsmenge. Zum Schluss verfassten wir auf einem Versuchsbericht unsere Beobachtungen, die Anmerkungen, eine Kurzbeschreibung und weitere wichtige Ergebnisse. Das von uns verwendete Protokoll kann dem Anhang entnommen werden. Messung des ph-wertes Multimeter 4. Erkenntnisse Eine ganze, reife Kiwi mit dem Gewicht von 94 g und der Temperatur von 20,04 C erzeugt eine Spannung von ca. 5,68 V. Sie hat einen ph Wert von 3 und ist daher sehr sauer. Eine ganze, reife Karotte mit dem Gewicht von 55 g und einer Temperatur von 17,7 C erzeugt eine Spannung von 0,55 V. Sie hat einen ph Wert von 6 und ist daher fast neutral. Ein Stück einer reifen Banane mit dem Gewicht von 3 g, die ganze Banane mit der Temperatur von 22,6 C erzeugt ebenfalls eine Spannung von 0,55 V. Sie hat einen ph Wert von 5 ist also etwas sauer. Das ist mit der Kiwi die höchste und mit den Banane und der Karotte die tiefste Messung. Man sieht, wenn man es gut durchgelesen hat, dass die Kiwi deutlich saurer ist als die Banane oder die Karotte. Diese Säure reagiert besser mit der Kupfer- und der Zinkplatte die wir hineingesteckt haben, um Strom zu erzeugen. Deshalb ist die Spannung bei der Kiwi auch viel höher. Das wirkt sich auch auf die Stromstärke aus. Die Kiwi hat eine Stromstärke von 0,08 ma und die Banane hat eine Stromstärke von 0,025 ma. Bei der Karotte konnte ein höherer Wert erreicht werden. Bei der Kiwi reichten die Spannung und die Stromstärke aus, um eine grüne LED-Lampe zum Leuchten zu bringen. Bei der Banane und bei der Karotte beispielsweise nicht. Im folgenden Teil der schriftlichen Arbeit werden unsere Versuche nun kurz vorgestellt. 4

7 Stromerzeugung mit Umweltbatterien a) Orangenbatterie Ein Ziel unserer Arbeit war es, herauszufinden, ob es Unterschiede zwischen den verschiedene Sorten des gleichen Obstes gibt. Mit Hilfe von zwei Orangensorten haben wir versucht diese Frage zu klären. Wir haben eine überreife Blutorange, mit einem ph-wert von 2, in zwei Hälften geteilt und dann in eine Hälfte, die 50 Gramm wog, jeweils eine Kupfer- und Zinkplatte hineingesteckt. Daraus gewannen wir eine Spannung von 0,70 V und eine Stromstärke von 0,32 ma. Das Gleiche haben wir auch mit zwei Hälften probiert. Bei diesem Versuch ergab sich, dass die Stromstärke bei 0,32 ma blieb aber sich die Spannung auf 1,238 V erhöhte. Wir haben die frische Clementinen Orange, mit einem ph-wert von 3 genommen und sie in zwei Hälften geteilt. Eine Hälfte mit 35 Gramm lieferte uns eine Spannung von 0,845 V und eine Stromstärke von 0,074 ma. Das Gleiche probierten wir mit zwei Hälften und gewannen eine Spannung von 1,515 V und eine Stromstärke von 0,04 ma. Dasselbe auch mit fünf Achteln, aber dieses Mal erreichten wir noch eine höhere Spannung mit 2,51 V und eine Stromstärke von 0,9 ma. Trotz mehreren Elektroden veränderte sich kaum etwas. Versuch zur Orangenbatterie Versuch zur Zitronenbatterie b) Zitronenbatterie Wir testeten zwei Zitronen mit unterschiedlichem Reifegrad, einmal eine reife und eine faule Zitrone. Bei der faulen Zitronen bekamen wir bei Stückchen von ca. 30 g, einer Temperatur von 22,7 C und einen ph-wert von 2 leider keine Messergebnisse, da das Obst keinen Fruchtsaftmehr beinhaltete. Bei der reifen Zitrone jedoch erreichten wir bei 139 g pro Stück, einer Temperatur von 21,3 C und einem phwert von 3 folgende Ergebnisse: Mit einem Stück erzeugten wir eine Spannung von 0,84 V und eine Stromstärke von 0,08 A. Die LED - Lampe leuchtete nicht. Mit vier Stücken, die in Serie geschalten wurden, erzeugten wir eine Spannung von 2,66 V und die LED - Lampe erstrahlte. 5

8 Stromerzeugung mit Umweltbatterien c) Melonenbatterie Unsere Melone zerteilten wir in Stücke, die ungefähr 30 g schwer waren. Die Melone war reif und hatte eine Temperatur von 21,4 C. Mit zwei Stück mit dem ph-wert 6 erzeugten wir eine Spannung von 1,703 V und eine Stromstärke von 0,10 ma und konnten damit die LED-Lampe zum Leuchten bringen. Bei drei Stück brachten wir es auf eine Spannung von 1,940 V und eine Stromstärke von 0,14 ma, die LED-Lampe leuchtete natürlich auch. Versuch zur Melonenbatterie Die LED-Lampe leuchtet. Versuch zur Kiwibatterie d) Kiwibatterie Als erstes haben wir die Temperatur der Kiwi gemessen. Danach schnitten wir sie in vier Stücke, und konstruierten mit Zink- und Kupferstäben eine Serienschaltung. Da bei der Serienschaltung mehr Spannung erzeugt wird, brachten wir die LED-Lampe mit 5,68 V zum Leuchten. Bei der Parallelschaltung hat die LED-Lampe nicht geleuchtet, da sich dadurch nur die Stromstärke erhöht. Nach einer gewissen Zeit konnten wir feststellen, dass sich die Spannung sehr schnell verringert, was unter anderem sicher auch daran liegt, dass der Saft der Kiwi langsam verloren geht. e) Tomatenbatterie Die Tomate wog 76 g und wurde von uns mit Zink- und Kupferplatten ausgestattet. Bei der Messung konnten wir eine Spannung von 0,81 V und eine Stromstärke von 0,06 ma ablesen. Die LED-Lampe konnten wir allerdings nicht zum Leuchten bringen. Um mit der LED Licht zu erzeugen, mussten wir die Spannung bzw. die Stromstärke erhöhen. Wir haben daher drei Tomaten benutzt und in Serie geschalten. Dadurch konnten wir eine Spannung von 2,5 V und eine Stromstärke von 0,1 ma erzeugen und die LED-Lampe zum Leuchten bringen. 6

9 Stromerzeugung mit Umweltbatterien Versuch zur Tomatenbatterie Versuch zur Kartoffelbatterie f) Kartoffelbatterie Wir haben eine ganze Kartoffel genommen und jeweils eine Kupfer- und ein Zinkplatte in die Kartoffel gesteckt. Mit einer Spannung von 0,87 V und einer Stromstärke von 0,08 ma leuchtete keine LED- Lampe. Auch bei einer Serienschaltung von zwei Kartoffeln, die eine Spannung von 1,71 V und eine Stromstärke von 0,12 ma ergaben, leuchtete die LED-Lampe nicht. Erst nachdem wir drei Kartoffeln in Serie geschalten haben, konnten wir eine Spannung von 2,58 V und eine Stromstärke von 0,13 ma erzeugen und brachten die LED-Lampe zum Leuchten. g) Wie kann Spannung vergrößert/verkleinert werden Wir haben die Spannung vergrößert, indem wir mehrere Umweltbatterien in Serie schalteten. Dies passiert zum Beispiel wenn mehr Zitronenstücke hintereinander gereiht oder mehr Zink- und Kupferplatten in das Obst oder Gemüse gesteckt werden. Die Spannung kann verringert werden, indem weniger Zink- und Kupferplatten verwendeten werden Wenn man die doppelte Menge von Zink- und Kupferplatten ans Obst anschloss, dann vergrößerte sich die Spannung auch um das Doppelte. Zum Beispiel bei der Zitrone steckten wir 4 Zinkplatten und 4 Kupferplatten hinein und die Spannung ergab 0,84 V. Bei der doppelten Menge erreichten wir 1,68 V. Bei der Zwiebel probierten wir den umgekehrten Weg und konnten dadurch die Hälfte der zuvor festgestellten Werte messen. h) Unterschiede zwischen Reihen- und Parallelschaltung Es gibt gravierende Unterschiede zwischen Reihen- und Parallelschaltung. Zuerst sollte man erklären, wie die Schaltungen aussehen: 7

10 Stromerzeugung mit Umweltbatterien Das ist die Reihenschaltung. Man sieht, dass die Stromerzeuger hintereinander an das Kabel angeschlossen sind. Das ist die Parallelschaltung: Man sieht deutlich, dass die Stromquellen sozusagen getrennt sind. Der Unterschied zwischen Reihenund Parallelschaltung von Stromerzeugern kann ganz einfach erklärt werden. Wenn man den Stromerzeuger in Serie schaltet also so, wie auf dem ersten Bild, dann erhöht sich normalerweise die Spannung. Bei der Reihenschaltung wird die Volt-Zahl der Batterien einfach zusammengezählt. Deshalb ist die Spannung auch höher. Wenn man die Stromerzeuger parallel schaltet also so, wie auf dem zweiten Bild, dann erhöht sich normalerweise die Stromstärke. Bei der Parallelschaltung wird die Amperezahl der Batterie einfach zusammengezählt. 5. Schlussfolgerung Bei diesem Projekt fanden wir heraus, dass verschiedenes Obst oder Gemüse verschieden viel Energie erzeugen kann. Die Kiwi erzeugt neben der Kartoffel, die nur leicht sauer ist, am meisten Energie. Dagegen erzeugten die fast neutralen Karotten und Bananen viel weniger Energie. Nicht nur Kiwi und Kartoffeln, sondern auch verschiedene Sorten der Orange, Zitrone, Melone, Apfel, oder auch die Tomate können genug Energie für einen Betrieb einer LED-Lampe liefern. Wenn man mehrere Teile einer sogenannten Umweltbatterie in Serie schaltet, kann sogar eine Spannung von 4,5 V erzeugt werden, die einer Taschenlampenbatterie entsprechen würde. 8

11 Stromerzeugung mit Umweltbatterien Trotzdem darf man nicht vergessen, dass wir wegen der Versuche das gute Obst und Gemüse nicht mehr essen konnten und es wegschmeißen mussten. Die Umweltbatterien sind daher nicht sehr empfehlenswert, da sie nicht lange Energie liefern können und arme Menschen täglich verhungern. Deswegen sollte man das nicht auf den internationalen Markt bringen und lieber das Obst und Gemüse Menschen bringen, die es benötigen. Uns gefiel das Projekt Jugend forscht sehr gut und unsere Klasse war leistungsstark. Trotz viel benötigter Geduld und Zeitaufwand funktionierten die Versuche fast immer tadellos. Die Hauptsache ist jedoch, dass wir Spaß daran hatten und stolz auf uns sein können. 6. Quellen (abgerufen am ) (abgerufen am ) (abgerufen am ) 9