Содержание
Темы исследовательских работ по физике (электричество) | Обучонок
В данном списке тем собраны наиболее интересные темы исследовательских работ по физике на изучение и исследование электрического тока, статического электричества, солнечной и ветровой энергетики, свойств полупроводников, гальванических элементов, электроламп и т.п.
Представленные ниже темы исследовательских работ на электричество можно сужать, расширять или корректировать в зависимости от сложности рассматриваемой проблемы, предполагаемой объемности проекта, решаемых задач в процессе исследовательской работы.
Рассмотрим ниже темы проектов по физике на электричество и постараемся выбрать наиболее интересную для исследования тему. Так, выбор может основываться на увлечениях ребенка, тяге к определённой области знаний физики и по личным рекомендациям учителя (руководителя).
Представленные темы исследовательских работ и проектов на электричество рекомендуются учащимся, увлекающимся изучением данного раздела физики, исследованиями в области получения, использования и применения электрического тока.
Темы исследовательских проектов по физике на электричество
Актуальные проблемы потребления электроэнергии в нашей школе.Альтернативные источники электроэнергетикиАльтернативные источники энергии. Ветровые станцииАсимметричный выпрямительАсинхронный двигатель (трёхфазный) переменного тока.Атомные электростанцииБ.С. Якоби – немецкий и русский физик-электротехник.
Беспроводная передача электричестваБеспроводная система передачи электрического токаБудущее за светодиодамиВлияние блуждающего тока на коррозию металлаВлияние электрического поля на всхожесть и рост морковиВоздействие электрического тока на растительные клеткиВозобновляемые источники энергииВолшебная палочка, или Опыт со статическим электричеством.
Выпрямление переменного токаГальванический элементГальванический элемент КаллоГде живет электричество?Генератор колебаний звуковой частоты на транзисторах.Гроза и молнияДвижение макротел в высоковольтных поляхДвухкаскадный радиопередатчикЖизнь ТеслыЗависимость сопротивления проводников от температуры.Загадки шаровой молнииЗакон Ома и его практическое применениеИз истории изучения электрических явленийИзготовление прибора для изучения электропроводности растворов веществ.
Измерение сопротивления и удельного сопротивления резистора с наибольшей точностью.Измерение удельного сопротивления раствора питьевой соды.Изобретение радио А.С. ПоповымИзучение магнитного поля токаИзучение МГД-эффекта в электролитахИзучение электрических явлений с помощью моделей генератора Ван де Граафа и трансформатора Тесла.
Изучение электропроводности различных жидкостейИзучение электроснабжения квартирыИндикатор полярности источника постоянного токаИспользование электроприборов в быту и расчет стоимости потребления электроэнергии.Исследование гальванического эффектаИсследование физических и потребительских свойств электроламп.Исследование электропроводности воды и водных растворовИсследование электропроводности снегаИстория изобретения и развития электрического освещения.
История создания электричества.
Источники тока
Источник тока — батарейкаИсточники электрического токаИсточники электропитания для электронных устройствКак сохранить электроэнергию в быту?Какие вещества проводят электрический ток?Картофель как источник электрической энергииЛампы накаливания и светодиодыЛуиджи ГальваниМагнетизм и электричествоНеобычные источники энергии — «вкусные» батарейкиНетрадиционные источники энергииНикола ТеслаНикола Тесла и загадка тунгусского метеоритаОпределение количества нитратов в пищеОпределение ЭДС источника тока с помощью двух вольтметров.
Опытный образец солнечной батареи из устаревших кремниевых транзисторов и диодов.Опыты по изучению влияния электрического поля на всхожесть семян и урожай растений.Оценка суточных энергетических затрат учащихся моего класса.Передача энергии беспроводным способомПоиск альтернативных источников энергииПолезные энергосберегающие привычки.ПолупроводникиПолучение гальванического элемента в лабораторных условиях.Практические применения магнетизмаПрактическое использование нетрадиционных источников электрической энергии.
Применение катушки ТеслаПрименение целебного электричества в медицине.Применение электролизаПрирода молнииПрирода статического электричества и его применение.Природное электричествоПроводимость полупроводниковПуть в неизведанное: электричество.Пьезоэлектрический эффектРаскаленная стрела дуб свалила у села.Расчет электроснабжения квартирыРоль статического электричества в живой природеРучная динамо-машина — современная малая энергетика.Современная ветроэнергетическая установка — энергетика будущего.Создание и изучение принципа работы электродного нагревательного элемента.
Создание модели экологически чистого источника энергииСолнечная батарея — энергия из кладовых Солнца.Солнечная энергетика и солнечные батареиСолнечная энергия. Реальность и фантастика.Солнечно-ветровая электростанция.Солнечные батареи.Сравнение характеристик бытовых люминесцентных ламп и ламп накаливания.
Статическое электричествоСтатическое электричество в нашей жизниТермоэлектрические источники тока для освоения планетТранзисторный преобразователь напряженияТрёхфазная системаУмный светильникШаровая молния: миф или реальность?Электризация тел трениемЭлектрический сигнализатор уровня жидкостиЭлектрический ток в полупроводникахЭлектрическое поле. Спектры электрических полейЭлектричество в живой природеЭлектричество в жизни растенийЭлектродвигатель постоянного токаЭлектролиз и его применение в промышленности.Электромагнетизм.
Явление самоиндукцииЭлектромагнитная двигательная системаЭлектромагнитное поле и здоровье человека.Электромагнитные волны в нашей жизни.Электромагнитные явленияЭлектромагнитный СМОГЭлектропроводность веществ.ЭлектроскопЭлектростанции. Какую электростанцию выбрать для родного поселка?ЭлектростатикаЭлектроэнергетикаЭнергосберегающие лампы в жизни человека.Энергосберегающие лампы и их практическое применение.Энергосбережение в бытуЭнергосбережение для всех и каждого.
Источник: https://obuchonok.ru/node/1126
Стимулирование роста растений электричеством, прибор для опытов, эксперименты
Не счесть опытов по влиянию электрического тока на растения. Еще И. В. Мичурин проводил эксперименты, в которых гибридные сеянцы выращивались в больших ящиках с почвой, через которую пропускался постоянный электрический ток. Было установлено, что рост сеянцев при этом усиливается. В опытах, проведенных другими исследователями, были получены пестрые результаты. В некоторых случаях растения гибли, в других — давали небывалый урожай.
Так, в одном из экспериментов вокруг делянки, где росла морковь, в почву вставили металлические электроды, через которые время от времени пропускали электрический ток. Урожай превзошел все ожидания — масса отдельных корней достигла пяти килограммов! Однако последующие опыты, к сожалению, дали иные результаты.
По-видимому, исследователи упустили из виду какое-то условие, которое позволило в первом эксперименте с помощью электрического тока получить небывалый урожай.
Опыты с электричеством, дорогой товарищ, нужно ставить на работе, а дома электрическую энергию следует использовать в исключительно мирных, домашних целях.Иван Васильевич меняет профессию
Суть опытов — стимулируются осмотические процессы в корешках, корневая система вырастает больше и мощнее, соответственно ей и растение. Иногда еще пытаются стимулировать процесс фотосинтеза.
Токи при этом, обычно микроамперные, напряжение не слишком важно, обычно доли вольт…вольты. В качестве источника питания, используют гальванические элементы – при рабочих токах, емкости даже небольших батареек хватает очень на долго. Параметры питания, хорошо подходят и для солнечных элементов, причем, некоторые авторы рекомендуют запитываться именно от них, чтоб стимуляция происходила синхронно с солнечной активностью.
Однако существуют также способы электризации почвы, которые не используют внешние источники энергии.
Так, известен способ, предложенный французскими исследователями. Они запатентовали устройство, которое работает по типу электрической батареи. Только в качестве электролита используется почвенный раствор. Для этого в его почву поочередно помещают положительные и отрицательные электроды (в виде двух гребенок, зубья которых расположены друг между другом).
Выводы от них замыкают накоротко, вызывая тем самым нагревание электролита. Между электролитами начинает проходить ток невысокой силы, которого вполне достаточно, как убеждают авторы, для того, чтобы стимулировать ускоренное прорастание растений и ускоренный их рост в дальнейшем.
Способ можно применять как на больших посевных площадях, полях, так и для электростимуляции отдельных растений.
Другой способ электростимуляции был предложен сотрудниками Московской сельскохозяйственной академии им. Тимирязева. Он состоит в том, что в пределах пахотного слоя располагаются полосы, в одних из которых преобладают элементы минерального питания в виде анионов, в других — катионов. Создаваемая при этом разность потенциалов стимулирует рост и развитие растений, повышает их продуктивность.
Следует отметить еще один способ электризации почвы без внешнего источника тока. Он для создания электролизуемых агрономических полей предполагает использование электромагнитного поля Земли, для этого укладываются на небольшой глубине, такой, чтобы не мешать проведению обычных агрономических работ, вдоль грядок, между ними, через определенный интервал стального провода. При этом на таких электродах наводится небольшая ЭДС, величиной 25-35 мВ.
В описанном ниже опыте, все же используется внешний источник питания. Солнечную батарею. Такая схема, возможно являясь менее удобной и более затратной в смысле материалов, тем не менее, позволяет весьма четко отслеживать зависимость роста растений от различных факторов, имеет синхронную с солнцем, вероятно, более приятную для растения, активность. Кроме того, позволяет легко контролировать и регулировать воздействие. Не предполагает внесение в почву дополнительных химикатов. Все устройство смонтировано в теплице.
Материалы
Провод монтажный, сечение любое, но слишком тонкие будут уязвимы для случайных механических воздействий. Кусочек нержавеющей стали для электродов. Светодиоды для элементов солнечной батареи, кусочек фольгированного материала для ее основания. Химикаты для травления, но можно и обойтись. Акриловый лак. Микроамперметр. Кусочек листовой стали для его крепления. Сопутствующие мелочи, крепеж.
Инструмент
Набор слесарного инструмента, паяльник 65Вт с принадлежностями, инструмент для радиомонтажа, нечто для сверления, в том числе и отверстий для выводов светодиодов (~1мм). Стеклянный рейсфедер для рисования дорожек на плате, но можно обойтись и толстой иглой от шприца, пустой ампулой от шариковой ручки с размягченным и оттянутым носиком. Пригодился и мой любимый инструмент – ювелирный лобзик. Немного аккуратности.
Электроды — нержавеющая сталь. Разметил, выпилил, опилил заусенцы. Отметки глубины погружения, это пожалуй лишнее – недавно приобрел набор клейм с циферками и руки чесались попробовать.
Провода паял хлористым цинком (флюс «кислота паяльная») и обычным ПОС-60. Провода взял потолще с силиконовой изоляцией.
Солнечный элемент решено было изготовить самостоятельно. Существует несколько конструкций самодельных солнечных элементов. Элемент из закиси меди был, отвергнут как низко надёжный, оставался вариант из готовых радиоэлементов. Вскрывать диоды и транзисторы в металлических корпусах было жалко, долго и муторно, к тому же их потом опять герметизировать придется. В этом смысле, чудо как хороши светодиоды.
Кристалл насмерть залит прозрачным компаундом, хоть под водой будет работать. Как раз валялась пригоршня не особенно удобных светодиодов, приобретенных за бесценок по случаю, аж во времена «первоначального накопления капитала». Неудобны они, относительно слабым свечением и очень длиннофокусной линзочкой на торце. Угол поля зрения довольно узкий и со стороны да при свете, порой вообще не видно, что светится.
Ну вот из них и набрал батарейку.
Предварительно конечно, проведя ряд простейших экспериментов – подключил к тестеру и повертелся на улице, в тени, на солнце. Результаты показались вполне обнадеживающие. Да, следует помнить, что если подключить мультиметр просто к ножкам светодиода, результаты будут не особенно достоверны – такой фотоэлемент будет работать на входное сопротивление вольтметра, а у современных цифровых приборов оно весьма высоко. В реальной схеме, показатели будут не столь блестящи.
Заготовка для печатной платы. Батарея предназначалась для установки внутри теплицы, микроклимат там, порой, довольно влажный. Большие отверстия, для лучшего «проветривания» и стекания возможных капель воды. Следует сказать, что стеклотекстолит – материал, весьма абразивный, сверла тупятся очень быстро, а мелкие, если сверлить ручным инструментом, еще и ломаются. Покупать их нужно с запасом.
Печатная плата нарисована битумным лаком, вытравлена в хлорном железе.
Светодиоды на платке, включение параллельно-последовательное.
Светодиоды отогнуты несколько в стороны, с востока на запад, чтоб равномерней ток вырабатывался в течение светового дня.
Линзочки на светодиодах сточены для устранения направленности. Все под три слоя лака, правда, уретанового, как положено, не нашлось, пришлось акриловым.
Вырезал и выгнул по месту крепление для микроамперметра. Посадочное место выпилил ювелирным лобзиком. Покрасил из баллончика.
Монтаж на объекте
Микроамперметр в цепь, на кронштейне, на уровне глаз. А то как понять, что провода все целы, ничего нигде не отвалилось? А тут значит, смотришь на него, а он тебе, — «Все в порядке товарищ генерал, проишествий нет, службу значит, несем, в будущее смотрим со сдержанным оптимизмом…».
Подопытный – саженец табака сорта Walkers Broadleaf. Примерно четверть вольта под нагрузкой. Вечером.
Выводы, работа над ошибками
Сейчас, лето спустя, могу подвести итоги – метод работает, но результаты не выдающиеся – подопытное растение было крупнее соседей на 10…15%, зацвело раньше на 4…5дней. Ток доходил до 35…38 мкА, что пожалую многовато. В литературе встречались рекомендации американских табаководов экспериментировавших с электростимуляцией, они советовали пропускать через растение около 20 мкА. Снизить ток можно было, включив переменный резистор в цепь, либо, чуть затенив солнечную батарейку. В следующем сезоне попробуем на помидорах, табак выращивать в теплице кажется не стоит.
Babay Mazay, 2017 г.
Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5cf63d0ababd4000b092809b/5d08adc6bebb5000ae3e7b15
Электричество из живых растений: зеленые электростанции
Компания под названием Plant-e из Нидерландов трансформирует энергию живых зеленых растений в электрическую, которая будет использоваться в практике. Например, уже сейчас этой энергии может хватить, чтобы обеспечить работу светодиодных осветительных приборов, точек Wi-Fi и зарядки батарей мобильных электронных устройств.
Ученые не перестают заниматься самыми смелыми экспериментами в области биоэнергетики. Получение электрической энергии из живых растений – перспективное направление в этой сфере, которое позволит хотя бы отчасти решить проблему энергообеспечения отдельных регионов планеты с низким уровнем экономического развития. Компания Plant-e из Нидерландов трансформирует энергию растений в электрическую энергию, которую можно использовать в различных целях.
Электричество можно получать из растений
На сегодняшний день очень актуальна тема новых, дополнительных источников электрической энергии.
Подписывайтесь на наш аккаунт в INSTAGRAM!
Один из альтернативных методов в этой области открыли сотрудники компании Plant-e, которые досконально изучили определенные процессы, имеющие место в биосфере. Для получения электроэнергии голландцы использовали один из побочных продуктов реакции фотосинтеза (это учат на уроках биологии в школе).
Электричество, получаемое из живых растений
Исследователи высаживают растения особого вида в специально подготовленные для этого контейнеры, изготовленные из пластика, площадью до 1/4 метра кв. Растения активно растут и в результате фотосинтеза вырабатывают определенные сахаристые соединения. Объем сахара, который вырабатывают растения, значительно превосходит необходимость в нем этих растений и излишки сахара «сбрасываются» посредством корневой системы обратно в грунт.
Сахар, полученный в растениях и попавший в грунт, начинает вступать в реакцию с кислородом в атмосфере и в ходе этой реакции выделяются свободные электроны.
Электроды при погружении в грунт собирают свободные электроны, трансформируя их в электрический ток, а объем электричества, которое вырабатывается в данном процессе, вполне достаточен для обеспечения энергией светодиодных осветительных приборов, точек Wi-Fi и даже зарядки батарей мобильных электронных устройств.
Основатели компании Plant-e уверены, что разработанная ими биотехнология выработки электроэнергии найдет применение в слабо развитых и удаленных регионах планеты, там, где естественные условия подходят для роста растений и где, по ряду причин, нет возможности подключать к эксплуатации другие технологии получения энергии.
Прямая трансформация световой энергии в электрическую заложена в принципе работы генераторов, содержащих хлорофилл. Хлорофилл под действием солнечного света может отдавать и присоединять электроны. М. Кальвин еще в далеком 1972 году предложил концепцию создания фотоэлемента, в котором источником электротока был бы хлорофилл, способный при условии освещения отнимать электроны от заданных веществ и передавать их каким-то другим. Кальвин взял в качестве проводника, вступающего в контакт с хлорофиллом, соединение оксид цинка.
При освещении этой системы в ней возникал электрический ток плотностью 0,1 микроампера на один квадратный см. Данный фотоэлемент работал непродолжительное время, так как хлорофилл быстро утрачивал свойство отдавать электроны. Чтоб продлить время действия фотоэлемента использовался еще один источник электронов — гидрохинон. В такой системе зеленый пигмент отдавал уже не только свои, но и электроны гидрохинона.
Простые математические расчеты гласят, что подобный фотоэлемент площадью 10 квадратных м имеет потенциальную мощность до одного киловатта.
История развития
Профессор Фудзио Такахаси из Японии для выработки электроэнергии брал хлорофилл, полученный из зеленых листьев шпината. Транзисторный приемник, к которому присоединили солнечную батарейку, благополучно работал. Помимо этого, на Японских островах осуществляются исследования по трансформации солнечной энергии в электрическую при помощи цианобактерий, выращенных в специальной питательной среде. Цианобактерии наносятся тонким слоем на прозрачный электрод из оксида цинка и с противоэлектродом погружают в так называемый буферный раствор.
И когда на бактерии попадет свет, в цепи рождается электрический ток. В 1973 году американские ученые У. Стокениус и Д. Остерхельт сделали описание своеобразного белка мембран фиолетовых бактерий из соленых озер Калифорнийской пустыни. Белок этот назвали бактериородопсином. Интересно, что бактериородопсин возникает в мембранах галобактерий при нехватке кислорода. А дефицит кислорода в водоемах наблюдается при активном развитии галобактерий.
Посредством бактериородопсина бактерии усваивают солнечную энергию, возмещая имеющийся в результате прекращения дыхания недостаток энергии.
Подписывайтесь на Эконет в Pinterest!
Что такое бактериородопсин
Бактериородопсин выделяют из солелюбивых галобактерий, отправив их в воду (эти бактерии замечательно себя чувствуют в растворе кухонной соли). Галобактерии переполняются водой и лопаются, естественно, их содержимое перемешивается с водной средой. Но мембраны, содержащие бактериородопсин, не поддаются разрушению, так как имеют стойкую “упаковку” своих пигментарных молекул.
Эти молекулы образуют белковые кристаллы — фиолетовые бляшки. В них молекулы бактериородопсина сгруппированы в триады, а триады — в правильные шестиугольники. Бляшки по размеру крупнее остальных компонентов галобактерий, и поэтому их можно выделить методом центрифугирования. В результате промывки центрифугата остается фиолетовая масса пастообразной консистенции.
На 75% она состоит из бактериородопсина и на 25% — из фосфолипидов, которые заполняют пространства между белковыми молекулами.
Фосфолипидами называются молекулы жиров в соединении с остатками фосфорной кислоты. Еще каких-то веществ в центрифугате нет, поэтому создаются удобные условия для экспериментов с бактериородопсином. Данное сложное соединение необычайно устойчиво к воздействию среды. Оно не теряет своей активности при нагреве до 100 °С и спокойно хранится в холодильнике на протяжении лет. Бактериородопсин имеет устойчивость к кислотам и окислителям.
Причина этой устойчивости кроется в том, что галобактерии обитают в необыкновенно суровой среде — в насыщенных солевых растворах, например, в водах озер в природной зоне пустынь. В подобной сильно соленой и перегретой среде организмы, с тонкими мембранами не выживают. Этот факт необычайно интересен как возможности бактериородопсина как трансформатора световой энергии в электрическую. Когда мы выпавший в осадок под влиянием ионов кальция бактериородопсин освещаем, то прибор вольтметр продемонстрирует присутствие электрического потенциала на поверхности мембран.
Если убрать свет, потенциал пропадает. В итоге было доказано, что бактериородопсин способен выступать в качестве генератора электрического тока.
Белковые генераторы
В лаборатории специалиста в сфере биоэнергетики В. П. Скулачева досконально изучался процесс встраивания бактериородопсина в мембрану и условия работы его как светозависимого генератора электрического тока. Со временем в данной лаборатории были изготовлены электрические элементы с использованием белковых генераторов электрического тока. В таких элементах имелись мембранные фильтры, пропитанные фосфолипидами с бактериородопсином и хлорофиллом. Специалисты утверждают, что подобные фильтры с белками-генераторами, если их соединить последовательно, могут выступать в качестве электробатареи.
В университете Калифорнии создали идентичную батарею, которая входе одноразового использования в продолжение 1,5 часов давала светиться электрической лампе. Выводы биоэнергентиков позволяют надеяться, что фотоэлементы на базе бактериородопсина и хлорофилла смогут применяться как генераторы электроэнергии.
Описанные выше опыты — начальный этап в разработке новых типов фотоэлектрических и топливных элементов, трансформирующих световую энергию с высокой результативностью. Видимо, недалек тот день, когда жители Земли станут извлекать «электричество из растений».
Исчерпаемые источники энергии рано или поздно подойдут к концу. На планете иссякнут запасы нефти, газа, угля. И выработка электрической энергии на гидроэлектростанциях, тепловых (работающих на угле), атомных электростанциях станет вчерашним днем. Все эти технологии, активно работающие в ХХ веке, нанесли и продолжают наносить колоссальный вред окружающей среде. А человечество нуждается в электрической энергии как никогда.
Представьте, что на ваших гаджетах сели батареи, а монитор домашнего или рабочего компьютера не светится привычным светом. Без электрической энергии жизнь цивилизации будет парализована. Возможно, такие «зеленые» электростанции и подобные им разработки станут панацеей в будущем и спасут людей от энергетического кризиса? Ведь уже сегодня значительную долю электроэнергии получают на альтернативных — ветровых, приливных, волновых станциях.
Подобные экологичные пути выработки электроэнергии не наносят вред окружающей среде и со временем помогут отказаться от опасных для человека и природы производств.опубликовано econet.ru.
Задайте вопрос по теме статьи здесь
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet
Источник: https://econet.ru/articles/elektrichestvo-iz-zhivyh-rasteniy-zelenye-elektrostantsii
Электричество из живых растений, технологии будущего
Голландская компания Plant-e превращает энергию живых растений в электричество, которое может использоваться людьми в своих нуждах.
Электричество из растений
В настоящее время множество исследовательских групп занимаются поисками методов получения энергии буквально «из чистого воздуха». Один из таких методов уже удалось обнаружить специалистам голландской компании Plant-e, которые очень пристально и тщательно изучили некоторые процессы, протекающие в живой природе. Для получения электрической энергии они используют один из побочных продуктов фотосинтеза, процесса, протекающего в растущих растениях, и этот метод может принести электричество тем людям, которые живут на значительном удалении от всех благ цивилизации.
Технология, разработанная специалистами компании Plant-e, работает на тех же самых принципах, что и старый школьный опыт, в котором в качестве источника энергии выступает клубень обыкновенного картофеля. Однако, разработанный голландцами метод не требует нанесения повреждений самому растению.
Электричество из живых растений
Голландцы высаживают растения особого вида в специальные пластиковые контейнеры, площадь которых равна приблизительно четверти квадратного метра. Эти растения интенсивно растут и за счет процессов фотосинтеза вырабатывают некоторые виды сахаристых соединений. Количество сахара, вырабатываемого растениями, существенно превышает потребности самого растения и его излишки «сбрасываются» через корневую систему обратно в почву.
Сахар, выработанный растениями и попавший в почву, начинает достаточно активно реагировать с атмосферным кислородом и в ходе протекающей химической реакции получается множество свободных электронов.
Электроды, погруженные в почву, собирают эти свободные электроны, превращая их в электрический ток, а количество получаемого при этом электричества достаточно для того, чтобы обеспечить потребности светодиодных осветительных приборов, точек доступа Wi-Fi или зарядки аккумуляторных батарей мобильных электронных устройств.
Используя свою технологию, компания Plant-e в ноябре 2014 года начала реализацию программы «Starry Sky». В рамках этой программы при помощи энергии, получаемой от растений, было запитано около 300 уличных осветительных приборов, несколько точек доступа Wi-Fi и точек зарядки мобильных телефонов, располагающихся возле офиса компании в Вагенингене и на территории военного музея, бывшего военного завода, склада и базы HAMbrug возле Амстердама.
Основатели компании Plant-e надеются, что разработанная ими биологическая технология получения электрической энергии сможет найти свое применение в некоторых бедных регионах земного шара удаленных от центров цивилизации, там, где природные условия максимально благоприятны для роста растений и где, в силу различных причин не получается использовать другие технологии получения экологически чистой энергии.
Зеленые электростанции, получаем электричество
Непосредственная трансформация световой энергии в электрическую лежит в основе работы генераторов, содержащих хлорофилл. Хлорофилл под действием света может отдавать и присоединять электроны. М. Кальвин в 1972 году выдвинул идею создания фотоэлемента, в котором в качестве источника электрического тока служил бы хлорофилл, способный при освещении отнимать электроны от каких-то определенных веществ и передавать их другим. Кальвин использовал в качестве проводника, контактирующего с хлорофиллом, оксид цинка. При освещении этой системы в ней возникал электрический ток плотностью 0,1 микроампера на квадратный сантиметр.
Этот фотоэлемент функционировал сравнительно недолго, поскольку хлорофилл быстро терял способность отдавать электроны. Для продления времени действия фотоэлемента был использован дополнительный источник электронов — гидрохинон. В новой системе зеленый пигмент отдавал не только свои, но и электроны гидрохинона. Расчеты показывают, что такой фотоэлемент площадью 10 квадратных метров может обладать мощностью около киловатта.
История развития
Японский профессор Фудзио Такахаси для получения электроэнергии использовал хлорофилл, извлеченный из листьев шпината. Транзисторный приемник, к которому была присоединена солнечная батарейка, успешно работал. Кроме того, в Японии проводятся исследования по преобразованию солнечной энергии в электрическую с помощью цианобактерий, выращенных в питательной среде. Тонким слоем их наносят на прозрачный электрод из оксида цинка и вместе с противоэлектродом погружают в буферный раствор. Если теперь бактерии осветить, то в цепи возникнет электрический ток.
В 1973 году американцы У. Стокениус и Д. Остерхельт описали необычный белок из мембран фиолетовых бактерий, обитающих в соленых озерах Калифорнийских пустынь. Его назвали бактериородопсином. Любопытно отметить, что бактериородопсин появляется в мембранах галобактерий при недостатке кислорода. Дефицит же кислорода в водоемах возникает в случае интенсивного развития галобактерий. С помощью бактериородопсина бактерии усваивают энергию Солнца, компенсируя тем самым возникший в результате прекращения дыхания дефицит энергии.
Бактериородопсин, что это?
Бактериородопсин можно выделить из галобактерий, поместив эти солелюбивые создания, прекрасно чувствующие себя в насыщенном растворе поваренной соли, в воду. Тотчас же они переполняются водой и лопаются, при этом их содержимое смешивается с окружающей средой.
И только мембраны, содержащие бактериородопсин, не разрушаются из-за прочной “упаковки” молекул пигмента, которые образуют белковые кристаллы (еще не зная структуры, ученые назвали их фиолетовыми бляшками). В них молекулы бактериородопсина объединены в триады, а триады — в правильные шестиугольники. Поскольку бляшки значительно крупнее всех других компонентов галобактерий, их нетрудно выделить путем центрифугирования.
После промывки центрифугата получается пастообразная масса фиолетового цвета. На 75 процентов она состоит из бактериородопсина и на 25 — из фосфолипидов, заполняющих промежутки между белковыми молекулами.
Фосфолипиды — это молекулы жиров в соединении с остатками фосфорной кислоты. Другие вещества в центрифугате отсутствуют, что создает благоприятные условия для экспериментирования с бактериородопсином. К тому же это сложное соединение очень устойчиво к факторам внешней среды.
Оно не утрачивает активности при нагревании до 100 °С и может храниться в холодильнике годами. Бактериородопсин устойчив к кислотам и различным окислителям.
Причина его высокой устойчивости обусловлена тем, что эти галобактерии обитают в чрезвычайно суровых условиях — в насыщенных солевых растворах, какими, по существу, являются воды некоторых озер в зоне выжженных тропическим зноем пустынь.
В такой чрезвычайно соленой, да к тому же еще и перегретой, среде организмы, обладающие обычными мембранами, существовать не могут. Это обстоятельство представляет большой интерес в связи с возможностью использования бактериородопсина в качестве трансформатора световой энергии в электрическую.
Если выпавший в осадок под воздействием ионов кальция бактериородопсин осветить, то с помощью вольтметра можно обнаружить наличие электрического потенциала на мембранах. Если выключить свет, он исчезает. Таким образом, ученые доказали, что бактериородопсин может функционировать как генератор электрического тока.
Белковые-генераторы
В лаборатории известного ученого, специалиста в области биоэнергетики В. П. Скулачева тщательно исследовались процесс встраивания бактериородопсина в плоскую мембрану и условия функционирования его в качестве светозависимого генератора электрического тока. Позднее в этой же лаборатории были созданы электрические элементы, в которых использовались белковые генераторы электрического тока.
В этих элементах имелись мембранные фильтры, пропитанные фосфолипидами с бактериородопсином и хлорофиллом. Ученые полагают, что подобные фильтры с белками-генераторами, соединенные последовательно, могут служить в качестве электрической батареи. Исследования по прикладному использованию белков-генераторов, выполненные в лаборатории В. П. Скулачева, привлекли к себе пристальное внимание ученых.
В Калифорнийском университете создали такую же батарею, которая при однократном использовании в течение полутора часов заставляла светиться электрическую лампочку.
Результаты экспериментов вселяют надежду, что фотоэлементы на основе бактериородопсина и хлорофилла найдут применение в качестве генераторов электрической энергии. Проведенные опыты — первый этап в создании новых видов фотоэлектрических и топливных элементов, способных трансформировать световую энергию с большой эффективностью. Уже совсем скоро наступит день, когда человечество научится получать «электричество из растений».
Смотрите также по этой теме:
Альтернативные источники энергии в наши дни.
Электрическая энергия. Необычные способы её получения.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!
[wysija_form id=»1″]Источник: https://powercoup.by/elektroenergetika-v-mire/elektrichestvo