Pollife.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Могут ли растения вырабатывать электричество

Могут ли растения вырабатывать электричество?

Прежде чем ответить на вопрос о том, можно ли получить электричество из растений, следует ответить на другой вопрос: зачем это нужно.

Потребности человечества в электроэнергии неуклонно растут. При этом традиционные источники её производства с одной стороны неизбежно подходят к концу, а с другой – оказывают необратимое пагубное воздействие на окружающую среду. Эти два фактора стали импульсом к поиску альтернативных источников электроэнергии и её производству.

В последние несколько десятилетий учёным удалось разработать и внедрить весьма эффективные методики получения энергии от ветра, Солнца, приливных волн, недр Земли. Однако все они имеют существенный недостаток – нуждаются в особых условиях размещения, что значительно сужает возможности к равномерному расположению на планете. При этом на Земле существует огромное количество стран, в которых миллионы людей проживают на гигантских площадях, вообще лишённых возможности к размещению любых известных науке источников электричества.

Именно это заставило учёных обратить внимание на растения как на потенциальные энергоносители и начать эксперименты по извлечению энергии из них.

Как это работает?

Королевство Нидерланды более полувека специализируются на разработке всевозможных видов альтернативных источников энергии. В последнее десятилетие голландские биоинженеры компании Plant-e вплотную занялись исследованиями возможности получения электричества из растений, используя побочные продукты фотосинтеза (особый вид углеводов) и добились определённых успехов. Оказалось, что небольшие по площади плантации зелёных насаждений вполне способны выделять энергию, достаточную, например, для подзарядки мобильных устройств, поддержания работы Wi-Fi и настольных светодиодных светильников, подсветки дорожных знаков. Но как это возможно?

электричество из растений

Суть научного эксперимента заключалась в попытке использовать излишки сахаридов – веществ, которые образуются растениями в процессе фотосинтеза. Для его проведения учёные высадили в контейнер, выполненный из пластикового материала, специально подобранные растения. Площадь посадки составила всего четверть квадратного метра. Помещённые в благоприятные условия растения активно начали расти, в листьях пошёл процесс фотосинтеза, в результате которого растения продуцируют углеводы, необходимые для собственного роста. Однако было установлено, что количество этих углеводов во много раз превышает объёмы, необходимые для нормальной жизнедеятельности зелёного насаждения. Излишки посредством корневой системы растения просто сбрасывали в почву.

Лишние сахариды (углеводы), попав в почву, вступают в химическую реакцию с кислородом, поступающим в грунт из атмосферы. В результате появляются свободные электроны. Теперь эти электроны надо собрать и трансформировать в электричество.

как заставить растения выработать электричество

Пластиковый контейнер с питательной средой для растений разделён на два отсека – аэробный катодный и анаэробный анодный. Между ними расположена мембрана, пропускающая только ионы (в нашем случае водорода), которые, проходя сквозь неё, добираются до катода. В катодной камере постоянно идёт процесс синтеза воды (водород соединяется с кислородом). Свободные электроны начинают двигаться к аноду и передаются на катод по внешней цепи. Так происходит выработка электроэнергии, которая направляется на питание точки освещения или к гаджету.

Следовательно, квадратный метр – уже 28 кВт, а 100 метров (небольшой парник во дворе) – 2800 кВт. Теоретические расчеты наглядно показывают, что при использовании энергосберегающих видов техники и ламп количества электричества вполне хватит для обеспечения нескольких небольших соседних жилых домов.

Читайте так же:
Включение лампочки разными выключателями

Демонстрация проекта и его перспективы

перспектива выработки элеткричества из растений

Презентация разработки, которую назвали «Звездное небо», прошла ещё в 2014 году. В ходе демонстрации все желающие могли наблюдать одновременную работу 300 светодиодных светильников, осуществляющуюся за счёт фитоэнергии.

Голландские ученые уверены в практичности собственной разработки, которая позволит наладить снабжение электроэнергией самых отдалённых селений на планете, поскольку растения растут повсеместно. Особенно актуально это выглядит для мест, где выращивают рис. Рисовые поля отлично подходят в качестве плантации для организации процесса выработки биоэнергии.

растения для электричества

Плантации зелёных насаждений достаточно большой площади можно выращивать на крышах жилых и офисных помещений, что также повысит эффективность энергосбережения при достаточной обеспеченности электричеством, которое будет синтезироваться без всякого вреда для самих растений и окружающей среды в целом.

Сейчас взоры голландских биоинженеров направлены в сторону болот. По идее разработчиков в жидкую среду болота, дельты реки, рисовое поле будут помещены специальные трубы (горизонтально) и организован процесс выработки электрического тока аналогично тому, что уже происходит на лабораторных грядках. Предполагается, что проект будет воплощён в ближайшие 3-5 лет.

Другие эксперименты

Проблемами биоэнергетики заняты не только голландские биоинженеры, но и специалисты других стран, например, США.

Что такое бактериородопсин?

экспиременты над растениями для выработки электричества

Ещё в 1973 году американские учёные описали белок клеточных мембран фиолетовых бактерий, живущих в солёных озёрах пустынь Калифорнии, который назвали бактериородопсин. Его выделяют уникальные галобактерии, живущие в экстремальных условиях сильно повышенной солёности. А само вещество выдерживает тепловое воздействие выше 100 °С, а также не теряет свойств после нескольких лет хранения в морозильных камерах.

Под воздействием солёной среды галобактерии перенасыщаются водой и лопаются. Их содержимое перемешивается со внешней средой, но мембраны с бактериородопсином благодаря плотной молекулярной «упаковке» не лопаются, а образуют микрокристаллы фиолетового цвета. В этих кристаллах молекулы белка сначала группируются в триады, которые затем собираются в шестиугольники правильной формы. Кристаллы имеют достаточную величину, чтобы их выделить из раствора методом центрифугирования. В результате промывки аппарата на свет появляется чистая желеобразная масса фиолетового цвета, на 75% состоящая из бактериородопсина и на 25% – из фосфолипидов.

цитрусовые вырабатывают электричество

Оказалось, что если на этот осадок воздействовать лучами света, то вольтметр показывает присутствие энергии. Как только воздействие света прекращается, вольтметр замирает. Этот эксперимент доказывает, что бактериородопсин может генерировать электрический ток. Однако пока это открытие дальнейшего развития не получило.

Другим примером разработок в области фитоэнергетики является белковая генераторная батарея, созданная в одной из лабораторий Калифорнийского университета, которая смогла поддерживать работу светодиодного светильника около полутора часов. Также интересна разработка уникального приёмника, функционирующего на фитоэнергии, вырабатываемой мхом. Его создала группа европейских учёных. Однако всё это пока только идеи, нуждающиеся во множестве доработок.

Ближе всего к реализации возможности получения тока из растений оказались именно голландцы из компании Plant-e, которые знают не только о том, можно ли получить электричество из растений, но и как это сделать на практике.

Сила тока: что это и как её измерить

Представим обычный водопроводный кран. Открываем вентиль — бежит вода. Чем больше мы будем поворачивать ручку, тем сильнее станет напор и тем больше воды будет выливаться из крана за определённое время.

Читайте так же:
Как узнать ток светодиода в лампе

Похоже обстоит дело и с электрическим током. Только вместо крана — проводник, молекулы воды — заряженные частицы, напор — напряжение, а расход воды — сила тока.

Что такое сила тока

Сила тока (I) — это отношение электрического заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения (t).

Единица измерения силы тока — Ампер (A). Она названа в честь Андре-Мари Ампера — французского физика, который совершил несколько важных открытий, связанных с электричеством.

Андре-Мари Ампер

Один Ампер — это сила тока, при которой за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд, равный одному Кулону, то есть заряд чуть больше, чем шести квинтиллионов (миллиард миллиардов) электронов.

Чтобы понять, Ампер — много это или мало, обратимся к фактам.

Ток силой в 0,05 Ампер вызывает неприятные ощущения, а ток в 0,1 Ампер может убить человека за несколько секунд. В светодиодных лампочках течёт ток в 0,02 Ампер, мобильный телефон при максимальной нагрузке потребляет до 0,5 Ампер, автомобильный аккумулятор способен выдавать несколько сотен Ампер, а ток в молнии достигает 200 000 Ампер.

Сила тока и сопротивление

Как усилить поток воды из шланга? Можно добавить напор (увеличить давление), но не слишком сильно, иначе шланг разорвёт. А можно взять шланг большего диаметра.

То же справедливо и для проводника: чем больше он в сечении, тем больший поток электронов может пропустить. Но если сила тока окажется слишком большой, проводник перегреется и сгорит.

Именно так работают плавкие предохранители в электронных приборах: при резком скачке силы тока тонкий проводок перегорает, и устройство отключается от сети.

Плавкие предохранители: новый и отработанный

Чем короче и шире шланг, тем большее количество воды он способен пропустить за единицу времени. Также и с электричеством: сила тока, проходящего через проводник за секунду, зависит от сопротивления проводника. Только кроме длины и площади сечения на сопротивление влияет материал, из которого проводник сделан.

Формула сопротивления выглядит так:

l — это длина проводника, S — площадь его сечения, а ρ — удельное сопротивление, у каждого материала оно своё.

Удельные электрические сопротивления некоторых веществ

Вещества с низким удельным сопротивлением называются проводниками, они проводят электричество наиболее эффективно. Вещества с высоким удельным сопротивлением называют диэлектриками — их можно использовать в качестве изоляторов. Среднее положение занимают полупроводники — они проводят электричество, но не так хорошо, как проводники.

Сопротивление измеряется в Омах. Проводник обладает сопротивлением в 1 Ом, если на его концах возникает напряжение в 1 Вольт при силе тока в 1 Ампер.

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS82021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 8 класса, в котором изучается сила тока!

Как измерить силу постоянного тока

Существует специальный прибор для измерения силы тока — амперметр. Он подключается последовательно к проводнику, в котором нужно измерить силу тока. Для этого один из концов нужного проводника отсоединяют от электрической цепи и в получившийся разрыв включают амперметр с помощью двух клемм — со знаками «+» и «−». Клемму со знаком «+» подключают к точке разрыва, которая сохранила связь с положительным полюсом источника тока.

Читайте так же:
Как подключать провода чтобы выключатель с лампочкой

Поскольку сила тока на всех последовательных участках цепи одинакова (он нигде не «застаивается»), амперметр можно включать как до потребителя тока, так и после.

На схемах амперметр изображается буквой «А» в круге.

Схема включения амперметра

Существует много разных видов амперметров, различающихся по принципу действия. Проще всего устроен тепловой амперметр. Между двумя зажимами натянута проволока, соединённая нитью с пружиной. Нить охватывает петлёй неподвижную ось со стрелкой. Когда к зажимам подаётся ток, он проходит через проволоку и нагревает её. Нагретая проволока становится немного длиннее, из-за этого нить сильнее оттягивается пружиной. При движении нить поворачивает ось, и стрелка на ней показывает, чему равна сила тока.

Тепловой амперметр

Современные электрики пользуются мультиметрами — приборами, которые позволяют измерить и силу тока, и напряжение, и сопротивление.

Как получить электрический ток с помощью ламп

В железной, так как при прочих равных условиях (длина, сечение) она имеет большее сопротивление.

Пренебрегая внутренним сопротивлением аккумуляторов, скажите, какова сила тока на неразветвленном участке второй схемы по сравнению с силой тока в цепи первой схемы? Какова мощность тока во второй схеме по сравнению с мощностью тока в первой?

Во второй схеме сила тока в 3 раза, а мощность в 6 раз больше, чем в первой.

Мощность равна U 2 /R. Поэтому у лампы 100 Вт сопротивление меньше. Следовательно, ее нить толще и короче, чем у лампы 40 Вт.

Когда в комнате было светлее: при 40 или 39 лампах?

При заданном напряжении на концах цепи потребляемая в ней мощность тем больше, чем меньше сопротивление цепи. Следовательно, 39 ламп, общее сопротивление которых меньше, чем 40, будут потреблять большую мощность, и температура их нитей будет выше. Поэтому при 39 лампах в комнате будет светлее, чем при 40. Конечно, намного уменьшать число ламп нельзя, так как они тогда перегорят.

Когда пластинка касается контактов 1-2, замыкается цепь, по спирали идет ток и горит лампа Л1 Биметаллическая пластинка нагревается и изгибается вверх, замыкая контакты 3-4. Лампа Л1 гаснет, а Л, зажигается. Так как ток по спирали не идет, то пластинка Лв остывает, изгибается вниз и замыкает контакты 1-2. Далее все повторяется.

Волосок лампы нагревается настолько, что перегорает.

При перемещении ползунка к точке А накал обеих ламп увеличивается.

При перемещении ползунка к точке А накал обеих ламп увеличивается.

Первая лампа, имеющая большее сопротивление.

Лампы Л1 и Л2 будут гореть одинаково, но слабее, чем лампа Л3.

См. рис. 136.


а) Показания амперметра увеличатся; б) ничто не изменится; в) показания вольтметра немного уменьшатся; г) ничто не изменится; д) накал лампы Л, и показания амперметра уменьшатся; е) накал лампы Л2 и показания амперметра уменьшатся; ж) накалы ламп Л1, и Л2 и показания амперметра уменьшатся;з) накалы ламп и показания обоих приборов уменьшатся.

Любой нагревательный прибор не только получает энергию, но и теряет ее все время путем теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.

Увеличилось в соответствии с формулой Q= (U 2 /R)t

Вертикально расположенная спираль все время находится в потоке восходящего нагретого воздуха, что способствует ее нагреванию до более высокой температуры.

Читайте так же:
Как регулировать ток в лампе накаливания

При таком соединении получится короткое замыкание в цепи.

1. При заданном напряжении на предохранителе должно выделяться наибольшее количество теплоты. Это возможно, если сопротивление его наименьшее, т. е. когда он изготовлен из толстой проволоки с небольшим удельным сопротивлением.
2. Предохранитель должен быть легкоплавким, значит, вещество проволоки должно иметь низкую точку плавления. При небольшом количестве теплоты температура должна быстро повышаться до точки плавления. Поэтому удельная теплоемкость материала не должна быть большой и масса проволоки не должна быть велика. Следовательно, очень толстую проволоку брать не следует.
3. Материал должен быть дешевым и легко обрабатываться, т. е. быть экономически выгодным.
Всем этим условиям лучше всего удовлетворяет свинец.

а) Как, не вынимая пробок из предохранителя и не отвинчивая их крышек, можно с помощью лампы, ввинченной в патрон со шнуром с зачищенными концами проводов, точно указать, какая из двух пробок перегорела?
б) Если в квартире погасло электрическое освещение, то как можно установить причину этого явления (произошло ли оно вследствие обрыва провода в квартире, перегорания пробок, отсутствия тока во внешней линии)?

а) Присоединить провода от лампы сначала к клеммам 1-4, а затем к 2-3. Если в первом случае лампа горит, то перегорела левая пробка, если нет, то — правая.
б) Если лампа, присоединенная к клеммам 3-4, горит, то разрыв цепи произошел в квартире. Если не горит, то либо перегорели пробки, либо отсутствует ток во внешней цепи. Накаливание лампы, подключенной к клеммам 1-2, свидетельствует о том, что перегорели пробки. Если же она не накаливается, то, очевидно, электрический ток отсутствует во внешней линии.

а) осветил бы предохранитель в момент перегорания одной или двух пробок;
б) указал бы, какая пробка предохранителя перегорела;
в) показал бы, существует ли еще в цепи короткое замыкание?

Одну сигнальную лампу присоединить к клеммам 1-3, другую — к клеммам 2-4 (рис. 99). Тогда при перегорании левой пробки включится левая сигнальная лампа, при перегорании правой — правая. При коротком замыкании обе сигнальные лампы (или одна лампа) дают максимальный накал.

До замыкания ключа обе лампы горели вполнакала. При замыкании ключа лампа Л1 будет гореть в полный накал, а Л2 погаснет. Если до включения ключа К в розетке сделать короткое замыкание, то произойдет то же, что и при замыкании ключа. Если это сделать после включения К, то ничто не изменится.

10 поразительных мифов об электричестве

Прошло много лет исследований с тех пор, как Бенджамин Франклин проводил свои эксперименты с воздушным змеем в 1752 году, но мы до сих пор воспитываем много мифов об этой удивительной форме энергии. Пришло время забыть все, что вы знали об электричестве, и узнать что-то совершенно новое.

Батарейки хранят электрический заряд или электроны

Внутри батареи находится химический бульон, известный как электролит, между двумя терминалами — электродами (положительная и отрицательная стороны батареи). Когда батарея подключается к устройства (скажем, к фонарику), электролит химически преобразуется в ионы, и электроны высвобождаются на положительном электроде. Электроны притягиваются к отрицательному терминалу, но между терминалами есть устройство (в данном случае фонарик) и электроны его питают.

Читайте так же:
Как подключить лампочку если есть только провода

Электрический ток зависит от толщины провода

Электрический ток можно сравнить с рекой: в широком месте река течет медленно и спокойно; в узком поток ускоряется, однако через определенную точку проходит одно и то же количество воды.

Электричество имеет нулевую массу или вес

К сожалению, этот вес совершенно незначительный, а контур имеет круглую форму, поэтому вы никогда не соберете много электронов в одном месте. Наконец, поток заряженных частиц продвигается со скоростью нескольких сантиметров в секунду, но об этом позже.

Удар током низкого напряжения не опасен

Вредит и убивает в токе его сила (измеряется в амперах), а не напряжение. В правильных условиях даже 12-вольтовая батарейка может причинить серьезный вред, а в особых случаях и смерть.

Деревянные и резиновые объекты — хорошие изоляторы

Чистый каучук — отличный изолятор. Но большинство резиновой обуви, перчаток и прочих принадлежностей делают далеко не из чистого каучука. В обычной резине намешано много других дополнительных веществ, которые повышают ее стойкость. Даже дерево может быть проводником в определенных условиях.

Генераторы создают электричество

Генератор преобразует механическую (или другую) энергию в электрическую. Когда генератор работает, он заставляет электроны, уже присутствующие в проводах и цепи, течь через цепь. Сердце не создает кровь, оно лишь качает ее по венам и артериям. Точно так же генератор помогает электронам течь, но не создает их.

Электрические токи — это только текущие электроны

К примеру, в случае плазмы, неоновых огней, флуоресцентных ламп и вспышки используется хитрое сочетание тока протонов и электронов. В других проводниках — вроде электролитов, соленой воды, твердого льда и жидкости для аккумулятора — электрический ток представлен потоком положительных ионов водорода, и это тоже форма электричества.

Электричество движется на скорости света

Точно так же, когда вы слышите звук с 300 метров, давление воздуха в ухе вызывается не смещением молекул от источника, а скорее волной сжатия, которая проносится рябью и затрагивает все молекулы воздуха между вами.

Линии электропередач заизолированы

Единственная причина, по которой птицы не получают разряда, в том, что они не касаются земли, находясь на кабеле. В результате не возникает никакого тока электронов. Поскольку изоляция это очень дорого, большинство воздушных линий электропередач всегда под напряжением и могут нехило долбануть на 1000 или даже на 700 000 вольт.

Статическое электричество отличается от остального

Ток в настенной розетке — это поле электромагнитной энергии, которое ждет передачи по электронам в проводнике, например, силового кабеля. После подключения поток остается постоянным, пока кабель не будет отключен от сети. Статическое электричество же появляется, когда два проводника с разными зарядами приближаются друг к другу. Когда пространство между ними — изолирующий зазор — становится достаточно малым, заряд сокращает разрыв, создавая дугу электроэнергии, поскольку два заряда уравниваются.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector