CC BY
40
0.2-0.3 Лк. С помощью поляризаторов было поляризации у свечения люминофоров,
установлено наличие естественной помещенных в магнитное поле.
Табл. 5. Влияние магнитного поля на длительность свечения
Активатор Длительность свечения Длительность свечения В
БЕЗ магнитного поля, магнитном поле, сек
сек
Хвойный концентрат 4-5 5-7
Лимонная кислота 7-8 5-6
Салициловая кислота 3-4 5-6
Ацетилсалициловая кислота 4-5 7-8
Выводы
В работе изучено влияние температуры, магнитного поля и различных концентраций активаторов (хвойный концентрат, лимонная кислота, уксус, салициловая кислота, ацетилсалициловая кислота, винный уксус, алюминиевые квасцы) на физические свойства люминофоров на основе борной кислоты.
1. При увеличении концентрации активаторов светимость и время свечения люминофора уменьшаются.
2. Наиболее яркое и длительно свечение получается при сочетании матрицы из борной кислоты и активатора из лимонной кислоты.
3. Температура люминофора влияет на его оптические свойства: в изученном интервале температур (от 0 до комнатной) наблюдается уменьшение светимости и времени свечения при повышении температуры.
4. Магнитное поле влияет на оптические свойства изучаемого люминофора: при помещении порошка люминофора между постоянными магнитами наблюдается увеличение яркости свечения и уменьшение времени свечения.
5. Наблюдается поляризация свечения при помещении люминофора (активатор -лимонная кислота) в магнитное поле.
Список литературы
1. Чопорова Ж.В., Коростелев М.Ю. Чудо люминесценции // Физика - Первое сентября. - 2013. - № 10. - электронный ресурс.
2. Астафуров М.О. Люминесценция органических соединений и особенности люминесценции комплексных соединений редкоземельных элементов http://mtemat.msu.ru/structure/chairs/kafedra-himii/tvorcheskie-issledovatelskie-raboty-po-himii/tvorcheskie-issledovatelskie-proektnye-raboty-po-himii-za-2013-god/astafurov-mihail-lyuminestsentsiya-organicheskih-soedinenij-i-osobennosti-lyuminestsentsii-kompleksnyh-soedinenij-redkozemelnyh-elementov/
3. Смирнов Д., Смирнова О., Хуторян А. Исследование условий формирования и оптических свойств гибридных структур на основе полупроводниковых квантовых точек и пластин графена http://openbooks.ifmo.ru/ru/file/1232/1232.pdf
4. Ландсберг Г. С. Оптика. — 6-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — 647 с.
5. https://ru.wikipedia.org
6. http ://cheml ight.ucoz. ru/load/luminophory_bornoy_kisl oty_nekotorye_receptury/1-1-0-28
7. http://chemlight.ucoz.ru/load/cintez_ljuminoforov_na_osnove_bornoj_kisloty_i_organicheskikh_rea gentov/1-1-0-8
УДК 37.016::53
ПРОЕКТНАЯ РАБОТА: АНИЗОТРОПИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
Шаймухаметова Э.Р., 2016 Лицей-интернат для одаренных детей с углубленным изучением химии, учитель физики, п.
Дубровка Республика Татарстан
Аннотация: В статье представлен опыт работы учителя физики и его учеников 7-го класса над научно-исследовательской проектной работой по выявлению и исследованию анизотропии электрической проводимости природных источников электрического тока - фруктов и овощей. Статья будет полезна учителям физики и их ученикам в качестве примера того, как известную тему (создание батарейки из фруктов и овощей) можно рассмотреть по-новому. Также статья будет полезна учителям естественнонаучных дисциплин в качестве примера междисциплинарной научно-исследовательской работы для ознакомления с опытом организации проектной деятельности учащихся среднего звена при переходе на новые ФГОС ООО.
Ключевые слова: Научно-исследовательская работа, проектная работа, лабораторная работа, химический источник тока, электропроводность, анизотропия.
Введение Опыт по созданию гальванических элементов в домашних условиях является общеизвестным экспериментом, который может проделать любой школьник. В настоящее время существует множество публикаций, связанных с созданием «источников питания» из тех или иных фруктов и овощей, потому что многие школьники начинают свою исследовательскую деятельность с этой экспериментальной работы.
Научно-исследовательских и проектных работ, посвященных созданию природных элементов питания, в интернете много. Стоит отметить, что все работы посвящены именно созданию «батареек» в домашних условиях, исследование анизотропии электрических свойств продуктов до этого не проводилось.
В ходе турнира по физике (экспериментального тура), проводимого Воронежским государственным
педагогическим университетом, школьникам было дано задание [1] создать и исследовать гальванические элементы на основе соленых огурцов и помидоров. Так, в работе школьников из г. Уфы, описано создание природных гальванических элементов из соленых огурцов и помидоров, и установлено, что электропроводность огурца выше, чем помидора. Команда из Нижнего Новгорода в ходе этого же турнира описала ряд проблем, возникающих при проведении подобных опытов. Например, быстрая «разрядка» природных элементов питания. Также они использовали уксус для улучшения проводимости объектов и пробовали соединять между собой несколько разных фруктов и овощей (лимон, огурец, помидор).
Над этой проблемой так же поработала ученица из Ставропольского края. Ею проведено исследование [2]
электропроводности овощей во время
хранения и обнаружено и дано объяснение, почему электропроводность уменьшается в течение времени в период хранения овощей. Также в этой работе проанализирована связь кислотности продукта и его
электропроводности - этим она объясняет непропорциональное увеличение
вырабатываемой «природной батарейкой» ЭДС при соединении между собой в разных комбинациях огурцов, помидоров и картофеля. Существует множество других подобных работ [3,4,5].
Итак, в качестве возможных элементов питания, в основном, используются: репчатый лук, огурец (соленый и свежий), помидор (соленый и свежий), лимон, апельсин, картофель. В ходе исследований,
приведенных в данной статье, был расширен этот список: в него вошли и другие овощи, выращиваемые в нашей климатической зоне, и фрукты, которые импортируются в Татарстан из теплых регионов РФ и других стран. В работе впервые исследовалась
электропроводность грибов.
Данная работа проводилась на базе кабинета физики Лицея-интерната для одаренных детей с углубленным изучением физики с учащимися 7-х классов (Бирюкова Ю. Ильина Е., Назыпова А.) в 2014/2015 учебном году. За выполненные исследования и защиту проектной работы учащиеся получили диплом 3 степени и специальную премию научного жюри на XI Балтийском научно-инженерном конкурсе в 2015 году в г. Санкт-Петербурге. После этого исследования были дополнены и обобщены в виде данной статьи.
Актуальность и постановка задачи
Создание элемента питания
предполагает использование материала с самой высокой электропроводностью. При наличии анизотропии в электрических
свойствах фруктов и овощей, следует учитывать, что электрическое сопротивление такой «батарейки» будет разным, в зависимости от того в каком направлении будет протекать ток. В связи с этим, если выявить среди овощей и фруктов те, у которых наблюдается анизотропия
электропроводности, то можно будет повысить эффективность использования этих продуктов в качестве гальванических элементов. Такие исследования будут полезными для тех учеников, которые будут создавать «батарейку» в домашних условиях.
Целью нашей работы является обнаружение наличия или отсутствия анизотропии электропроводности продуктов органического происхождения, выращиваемых на территории или импортируемых в Республику Татарстан.
Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:
1. Экспериментально измерить силу тока, протекающую через объект, в зависимости от массы объекта
2. Рассчитать удельную электропроводность (по массе) для ряда фруктов и овощей
3. Экспериментально измерить силу тока, протекающую через объект, в зависимости от линейных размеров объекта
4. Рассчитать удельную электропроводность (по линейному размеру) для ряда фруктов и овощей
5. Установить, какие из фруктов обладают набольшей/наименьшей электропроводностью.
6. Выявить наличие или отсутствие анизотропии электропроводности у исследуемых объектов.
Ход исследования
Исследование проводилось в нашем лицее на базе оборудования кабинетов физики и химии. В связи с тем, что этот опыт можно проводить в домашних условиях, нет необходимости в использовании
специфического оборудования. В качестве прибора для измерения силы тока мы использовали гальванометр. В качестве электродов - медную проволоку и зачищенные скрепки.
Методика проведения эксперимента по измерению силы тока проста: погружаем электроды в исследуемый объект и по гальванометру (амперметру) и измеряем силу тока. Подчеркнем, что нашей задачей было измерить силу тока через объект при протекании через нее тока, а не создание самого элемента питания. В качестве источника тока использовались две батарейки на 1.5 В, соединенных последовательно, т.е., с общим напряжением 3 В. Сопротивление амперметра и батареек пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлениями исследуемых объектов.
Нами были проведены следующие измерения:
1. Все исследуемые образцы (овощи, фрукты, ягоды, грибы) были тщательно вымыты, высушены, исследованы на предмет отсутствия у них гнили, вмятин и других дефектов.
2. У всех исследуемых объектов была измерена масса
3. В каждый исследуемый объект мы погружали электроды на расстоянии 1 см друг от друга, на глубину 1 см и измеряли силу тока
4. Из каждого исследуемого объекта был вырезан «брусочек» маленького размера (около 0.5-1 см3), и измерена сила тока при пропускании силы тока через разные грани в трех взаимно перпендикулярных направлениях.
Для исследования нами собралась следующая цепь:
Рис. 1. Схема цепи
Для удобства будем использовать следующие общепринятые обозначения: т- масса объекта; I - сила тока на амперметре; Я - сопротивление исследуемых объектов;
I - линейный размер объекта; и -напряжение, создаваемое источником питания; от - массовая удельная электропроводность (от = 1/т);
О! - линейная удельная
электропроводность (о! = VI).
Определение массовой удельной электропроводности объектов В таблице 1 приведены данные измерений массы и силы тока, проходящей через исследуемый объект. Также в ней рассчитаны такие параметры как массовая удельная теплоемкость и электрическое сопротивление объекта.
и сопротивление исследуемых объектов.
Объект т, кг I, мкА от, мА/кг Я, кОм
Лук репчатый 0,07 285 4,07 10,5
Помидор 0,125 240 1,92 12,5
Лимон 0,12 150 1,25 20
Яблоко 0,157 240 1,53 12,5
Огурец 0,095 270 2,84 11,1
Киви 0,105 294 2,8 10,2
Свекла 0,085 165 1,94 18,2
Лук красный 0,08 210 2,63 14,3
Баклажан 0,275 270 0,98 11,1
Шампиньон 0,055 240 4,36 12,5
Груша 0,18 180 1 16,7
Мандарин 0,095 150 1,58 20
Лук белый 0,075 300 4 10
Кабачок 0,18 300 1,67 10
Банан 0,255 210 0,82 14,3
Грейпфрут 0,380 180 0,47 16,7
Апельсин 0,285 255 0,89 11,8
Фейхоа 0,065 1250 19,23 2,4
Виноград 0,090 300 3,33 10
Хурма 0,180 500 2,78 6,0
Из таблицы 1 видно, часто исследуемые электрическим свойствам. К первой группе отнесем объекты с низкой удельной электропроводностью (меньше 2 мА/кг). Среди исследуемых это будут: помидор, лимон, яблоко, свекла, баклажан, груша, мандарин, кабачок, банан, грейпфрут, апельсин.
Ко второй группе отнесем объекты со средней удельной электропроводностью (от 2 до 5 мА/кг): лук репчатый, огурец, киви, красный лук, шампиньон, белый лук, виноград и хурма.
Отдельно в третью группу выделим фейхоа. Как видно из таблицы 1, он обладает заметно большей электропроводностью, по сравнению со всеми остальными объектами. Скорее всего, его высокая электропроводность обеспечивается наличием в этом фрукте
ты можно рассортировать на три группы по их высокого содержания йода, калия, меди и марганца. Согласно [6] фейхоа содержит от 8 до 35 мг йода на 100 г продукта. По данным сайта [7], этот фрукт может сравниться с морепродуктами по содержанию йода. Кроме того, стоит отметить, что все исследуемые объекты из группы №2 содержат, согласно [8], высокое количество элементов (железо, калий, марганец, натрий, йод, цинк, медь и др.), соли которых будут способствовать повышению проводимости этих веществ.
Исследование наличия анизотропии электропроводности
Следующим этапом исследования было
определение удельной линейной
электропроводности объектов в зависимости от выбранного направления измерения силы тока. Данные этих измерений приведены в таблице 2.
Анизотропия - явление различия свойств среды в разных направлениях внутри этой среды. Анизотропия электрических свойств может быть связана с анизотропией подвижности носителей заряда. На электрические параметры селена очень сильное влияние оказывают состав и концентрация примесей [9]. Согласно нашим исследованиям, можно утверждать, что большинство исследуемых объектов (кроме свеклы, белый белого лука, банана и корки грейпфрут) обладают выраженной
Табл. 2. Зависимость линейной удельной электропроводности от направления протекания тока.
Объект Линейный размер, см Сила тока, мкА Удельная электропроводнос ть, мкА/см Анизотропия (количество направлений
Ь1 Ь2 Ь3 11 12 13 11/ Ь1 12/ Ь2 13/ Ь3 , в которых она наблюдается)
Свекла 1,3 1,2 1,1 180 150 165 138 125 150 0
Помидор 1,5 1,5 0,6 210 270 150 140 180 250 3
Хурма 1,2 1,2 1 90 210 210 75 175 210 3
Лук 1,6 1,6 0,2 36 183 63 22,5 114 315 3
красный
Баклажан 1,3 1,1 1,1 180 210 300 138 190 272 3
Шампиньон (шляпка) 1,4 1,1 0,9 267 255 240 191 231 266 3
Шампиньон (ножка) 1,1 1 0,5 165 140 75 150 140 150 0
Лимон (мякоть) 0,8 0,5 0,8 90 300 210 112,5 600 262, 5 3
Лимон (корка) 0,2 1,6 1,5 36 240 300 180 150 200 2
Яблоко 1 1,3 1,3 150 150 210 150 115 161 2
Киви 1,2 1,1 1,1 237 270 285 197,5 245 259 2
Груша 1,5 1,5 1,3 210 210 150 140 140 115 2
Мандарин 2 1,5 1,9 120 240 165 60 160 86 3
Лук белый 1 1,2 1 96 93 90 96 78 90 0
Лук 1 1 0,5 90 90 120 90 90 240 2
репчатый
Кабачок 1,4 1 1,2 210 150 210 150 150 175 2
Огурец 1 1,1 1 150 180 126 150 163 126 2
Банан 1,2 1,2 1,2 195 240 210 162,5 200 175 0
Грейпфрут (корка) 1 1,4 1,4 240 300 300 240 214 214 0
Грейпфрут (мякоть) 1,6 1 1,5 90 150 240 56 150 160 2
анизотропией электрических свойств. Также нам видятся интересными несколько следующих моментов. Во-первых, практически все объекты из групп №2 и №3 из п. 3.1. обладают анизотропией электрических свойств. Во-вторых, стоит отметить, что разные сорта одного продукта могут иметь разные электропроводности: лук репчатый, белый и красный - все три вида имеют разную электропроводность, и, более того, разные «анизотропические» свойства. Кроме того, разные части одного продукта могут иметь разные свойства. Например, корка и мякоть грейпфрута, или ножка и шляпка шампиньона.
Апельсин (корка) 1,4 1,5 0,5 240 240 135 171 160 270 2
Апельсин (мякоть) 1,2 1 1,6 210 270 300 175 270 187, 5 2
Фейхоа 1,1 1 0.9 1150 950 1830 1045 950 2030 2
Результаты и выводы
1. Экспериментально измерены удельная массовая и линейная электроемкость следующих продуктов: помидор, хурма, лук красный, баклажан, шампиньон, лимон, мандарин, киви, груша, лук репчатый, кабачок, яблоко, огурец, грейпфрут, апельсин, свекла, лук белый, банан, грейпфрут, фейхоа.
2. Установлено, что исследуемые продукты делятся на три группы, согласно их электрическим свойствам: К первой группе относятся объекты с низкой удельной электропроводностью (меньше 2 мА/кг): помидор, лимон, яблоко, свекла, баклажан, груша, мандарин, кабачок, банан, грейпфрут, апельсин. Ко второй группе отнесем объекты со средней удельной электропроводностью (от 2 до 5 мА/кг): лук репчатый, огурец, киви, красный лук, шампиньон, белый лук, виноград и хурма. Отдельно в третью группу выделим фейхоа с заметно более высокой шляпка и ножка шампиньона.
электропроводностью (около 20 мА/кг). Отметим, что самой низкой электропроводностью обладает грейпфрут (0.47 мА/кг).
3. Установлено наличие анизотропии электропроводности у некоторых фруктов и овощей. Анизотропией в трех направлениях обладают: помидор, хурма, лук красный, баклажан, шампиньон, лимон (мякоть), мандарин. Анизотропией в двух направлениях обладают: лимон (корка), киви, груша, лук репчатый, кабачок, яблоко, огурец, грейпфрут (мякоть), апельсин.
4. Установлено отсутствие анизотропии электропроводности у следующих фруктов и овощей: свекла, лук белый, банан, грейпфрут (корка).
5. Установлено наличие различия анизотропии электрических свойств разных частей одного продукта: мякоть и корка грейпфрута
Список литературы
1. http://www3.vspu.ac.ru/deold/fiz/f9920/2qosn1.htm
2. http://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2012/04/06/ovoshchi-i-frukty-istochniki -energii
3. http://batareyki.105mb.ru/fuud_cat
4. http://www.ros-group.ru/publics/single/opit/5035
5. http://www.okbody.ru/content/16-stat-i/703-produkty-soderzhaschie-yod.html
6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D0%B9%D1%85%D0%BE%D0%B0
7. http://edimka.ru/
УДК 741
РОЛЬ КРУЖКОВОЙ РАБОТЫ ПО ИЗОБРАЗИТЕЛЬНОМУ ИСКУССТВУ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
Зиновьева М. В., 2016 МБОУ СОШ№ 25, учитель изобразительного искусства и черчения, Орел. Аннотация: В статье затрагиваются вопросы воспитания подрастающего поколения. К сожалению, в
