Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo dòng điện từ nước quả dưa hấu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HĨA NGƠ THỊ HỊA CA NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO DÒNG ĐIỆN TỪ NƯỚC QUẢ DƯA HẤU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Đà Nẵng - 2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO DÒNG ĐIỆN TỪ NƯỚC QUẢ DƯA HẤU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Sinh viên thực hiện: Ngơ Thị Hịa Ca Lớp: 11CQM Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Duyên Đà Nẵng - 2015 GVHD: TS Vũ Thị Duyên SVTH: Ngô Thị Hòa Ca i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐHSP KHOA HĨA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngô Thị Hòa Ca Lớp: 11CQM Tên đề tài: Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo dòng điện từ nước dưa hấu Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị: nước dưa hấu, muối (NaCl), nhôm lá, đồng lá, kẽm lá, dây điện, đồng hồ vạn năng, nhiệt kế, Cân, ống đong Nội dung nghiên cứu: Gồm có: - Chế tạo pin hai điện cực kim loại khác - Theo dõi thời gian hoạt động ổn định pin - Ảnh hưởng chất điện cực đến thơng số pin - Thay đổi kích thước hai điện cực đến đến thông số pin - Ảnh hưởng chất đến đến thông số pin - Ảnh hưởng nhiệt độ đến suất điện động cường độ dòng điện pin - Ảnh hưởng cách mắc mạch điện Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Duyên Ngày giao đề tài: tháng 11 năm 2014 Ngày hoàn thành: tháng 04 năm 2015 Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn TS Vũ Thị Duyên Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày….tháng…năm 2015 Kết điểm đánh giá: Ngày…tháng…năm 2015 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GVHD: TS Vũ Thị Dun SVTH: Ngơ Thị Hịa Ca ii ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐHSP KHOA HĨA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngơ Thị Hịa Ca Lớp: 11CQM Tên đề tài: Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo dòng điện từ nước dưa hấu Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị: nước dưa hấu, muối (NaCl), nhôm lá, đồng lá, kẽm lá, dây điện, đồng hồ vạn năng, nhiệt kế, Cân, ống đong Nội dung nghiên cứu: Gồm có: - Chế tạo pin hai điện cực kim loại khác - Theo dõi thời gian hoạt động ổn định pin - Ảnh hưởng chất điện cực đến thông số pin - Thay đổi kích thước hai điện cực đến đến thơng số pin - Ảnh hưởng chất đến đến thông số pin - Ảnh hưởng nhiệt độ đến suất điện động cường độ dòng điện pin - Ảnh hưởng cách mắc mạch điện Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Thị Duyên Ngày giao đề tài: tháng 11 năm 2014 Ngày hoàn thành: tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn Sinh viên TS Vũ Thị Dun Ngơ Thị Hịa Ca Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày … tháng 05 năm 2015 GVHD: TS Vũ Thị Dun SVTH: Ngơ Thị Hịa Ca iii LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp khâu quan trọng giai đoạn sinh viên có động học tập đắn, củng cố hoá kiến thức học tập, mong muốn vận dụng sở lý thuyết học vào công việc thực tế nói chung để nắm bắt kiến thức q trình nghiên cứu nói riêng, tơi có thời gian nghiên cứu trường hướng dẫn cô Vũ Thị Duyên Lời xin chân thành cảm ơn đến cô Vũ Thị Duyên tận tình giúp đỡ, hướng dẫn thực tốt báo cáo tốt nghiệp Và tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến q thầy Khoa Hóa trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng giúp đỡ nhiệt tình truyền đạt cho tơi kiến thức lý luận thực tiễn suốt q trình học tập, vốn kiến thức quý báu làm tảng cho công việc sau Tôi cố gắng nhiều, nhiên thời gian kiến thức tơi cịn hạn chế nên báo cáo không tránh khỏi thiếu sót Vì tơi mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để báo cáo hoàn chỉnh đạt kết tốt Tơi xin gửi đến Q Thầy Cơ Trường Đại học Sư Phạm – Đà Nẵng, thầy Khoa Hóa, Vũ Thị Duyên lời chúc sức khoẻ, hạnh phúc thành đạt Đà Nẵng, ngày … tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực GVHD: TS Vũ Thị Duyên SVTH: Ngơ Thị Hịa Ca iv MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu dưa hấu 1.1.1 Thành phần hóa học dưa hấu 1.1.2 Tác dụng chữa bệnh dưa hấu 1.2 Pin điện hóa .4 1.2.1 Nguyên tắc hoạt động pin điện hóa 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng pin điện hóa 1.3 Pin từ củ 1.3.1 Pin chanh 1.3.2 Pin khoai tây .9 1.3.3 Pin từ củ khoai lang 10 Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Nguyên liệu dụng cụ 12 2.2 Chế tạo pin từ nước dưa hấu nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới thông số pin 12 2.2.1 Theo dõi thời gian hoạt động ổn định pin 13 2.2.2 Ảnh hưởng chất điện cực 14 2.2.3 Ảnh hưởng kích thước điện cực .15 2.2.4 Ảnh hưởng chất 15 2.2.5 Ảnh hưởng cách mắc mạch điện 16 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .18 3.1 Ảnh hưởng chất điện cực đến suất điện động pin 18 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến thông số pin 20 3.3 Ảnh hưởng kích thước điện cực đến thông số pin .21 3.4 Ảnh hưởng chất đến thông số pin 23 GVHD: TS Vũ Thị Duyên SVTH: Ngơ Thị Hịa Ca v 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến thông số pin .24 3.6 Ảnh hưởng cách mắc đến thông số nguồn điện 26 3.6.1 Mắc nối tiếp 26 3.6.2 Mắc song song 28 KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 GVHD: TS Vũ Thị Duyên SVTH: Ngô Thị Hòa Ca vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học nước dưa hấu Bảng 1.2: Ảnh hưởng nồng độ đến suất điện động Bảng 1.3: Ảnh hưởng nhiệt độ đến suất điện động Bảng 3.1: Thông số thu thay đổi kích thước điện cực 22 Bảng 3.2: Thông số thu thay đổi nồng độ chất 23 Bảng 3.3: Ảnh hưởng nhiệt độ đến thông số pin 25 Bảng 3.4: Thông số cách mắc nối tiếp .26 Bảng 3.5: Thông số cách mắc song song 28 GVHD: TS Vũ Thị Dun SVTH: Ngơ Thị Hịa Ca vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Quả dưa hấu trước sau cắt Hình 1.2: Cách đồng trồng dưa hấu người nông dân .2 Hình 1.3: Sơ đồ pin điện hóa Zn - Cu Hình 1.4: Pin củ khoai lang 10 Hình 2.1: Đồng hồ vạn 12 Hình 2.2: Đồng trước sau đánh giấy ráp 13 Hình 2.3: Đoạn mạch điện cực Zn – Cu 13 Hình 2.4: Suất điện động điện cực Al – Cu 14 Hình 2.5: Suất điện động điện cực Zn – Cu 14 Hình 2.6: Kích thước điện cực Zn - Cu 15 Hình 2.7: Mắc nối tiếp .16 Hình 2.8: Mắc song song 17 Hình 3.1: Suất điện động pin từ nước dưa hấu với điện cực Al-Cu Zn-Cu 18 Hình 3.2: Sự phụ thuộc thông số pin vào thời gian t 21 Hình 3.3: Sự phụ thuộc suất điện động (1) cường độ dòng điện (2) pin điện cực Zn-Cu vào diện tích điện cực đồng (S) 22 Hình 3.4: Sự phụ thuộc suất điện động (1) cường độ dòng điện (2) pin điện cực Zn-Cu vào nồng độ chất (NaCl) 24 Hình 3.5: Sự phụ thuộc suất điện động (1) cường độ dòng điện (2) pin điện cực Zn-Cu vào nhiệt độ điện cực(t) 25 Hình 3.6: Sự phụ thuộc suất điện động (1) cường độ dòng điện (2) pin điện cực Zn-Cu vào số lượng đoạn mạch mắc nối tiếp (x) từ nước dưa hấu .27 Hình 3.7: Sự phụ thuộc suất điện động (1) cường độ dòng điện (2) pin điện cực Zn-Cu vào số lượng đoạn mạch mắc song song (x) nước dưa hấu 29 GVHD: TS Vũ Thị Dun SVTH: Ngơ Thị Hịa Ca viii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Năng lượng hóa thạch ngày cạn kiệt nguồn lượng tái tạo, chất thải từ nguồn lượng hóa thạch gây nhiễm mơi trường, làm thay đổi khí hậu, đe dọa sống chúng ta, ảnh hưởng tới phát triển bền vững giới Thay dạng lượng truyền thống lượng xanh – nguồn lượng tự nhiên, sản xuất tác động tiêu cực đến môi trường yêu cầu thiết để bảo vệ trái đất Năng lượng xanh loại lượng sản xuất tác động tiêu cực đến môi trường so với lượng hóa thạch Mục tiêu lượng xanh tạo lượng không gây hại cho môi trường Việc sử dụng lượng xanh thách thức đặt cho Một nguồn lượng xanh nhắc đến nguồn lượng từ củ Pin có sức điện động tương đương với pin tiểu dùng để chạy đồng hồ, máy tính bỏ túi…đã chế tạo từ củ khoai [1, 6], từ chanh [2, 3] Tuy nhiên yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo dòng điện từ chưa nghiên cứu hệ thống Dưa hấu có tên khoa học Citrullus lanatus lồi thực vật họ Bầu bí (Cucurbitaceae), loại trái có vỏ cứng, chứa nhiều nước, có nguồn gốc từ miền nam châu Phi Trong đề tài này, trình bày kết “Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo dòng điện từ nước dưa hấu” Mục đích nội dung nghiên cứu 2.1 Mục đích Nghiên cứu chế tạo pin xanh từ nước dưa hấu Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo dòng điện từ nước dưa hấu GVHD: TS Vũ Thị Duyên SVTH: Ngô Thị Hòa Ca ix Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng chất điện cực đến suất điện động pin Pin từ nước dưa hấu với điện cực dương đồng kích thước 4x2cm, điện cực âm nhơm kích thước 4x2cm có suất điện động đạt 0,50 ± 0,05V, cường độ dòng điện 0,40±0,05mA Thay điện cực nhôm điện cực kẽm suất điện động pin tăng đáng kể, Epin = 0,82 ± 0,05V, I = 0,75±0,05mA E (V) 0.8 0.6 0.4 0.2 Al - Cu Zn - Cu Hình 3.1: Suất điện động pin từ nước dưa hấu với điện cực Al-Cu Zn-Cu Sự xuất suất điện động mạch Cu-nước dưa hấu-Al giải thích bề mặt điện cực xảy bán phản ứng sau: Tại cực (-): Al → Al3+ + 3e GVHD: TS Vũ Thị Duyên SVTH: Ngơ Thị Hịa Ca 18 Tại cực (+): 2H+ + 2e → H2 H+ sinh phân li axit có mặt nước dưa hấu Suất điện động pin hiệu điện cực dương điện cực âm: Epin = E+ - E-, Trong đó: E+ điện cực 2H+/H2 E- điện cực Al3+/Al Thế điện cực nhôm phụ thuộc vào nồng độ ion Al3+ theo phương trình Nernst: 𝜑− = 𝜑𝐴𝑙3+/𝐴𝑙 = 𝜑𝐴𝑙 3+ /𝐴𝑙 + 0,059 log[𝐴𝑙 3+ ] Thế điện cực H+/H2, Cu phụ thuộc vào nồng độ H+: 𝜑+ = 𝜑2𝐻 +/𝐻2 = 𝜑2𝐻 + /𝐻 0,059 [𝐻 + ]2 + log 𝑃𝐻2 Khi sử dụng điện cực Cu – Zn bề mặt điện cực xảy bán phản ứng sau: Tại cực (-): Zn → Zn2+ +2e Tại cực (+): 2H+ + 2e → H2 Thế điện cực kẽm phụ thuộc vào nồng độ ion Zn2+: 𝜑− = 𝜑𝑍𝑛2+/𝑍𝑛 = 𝜑𝑍𝑛 2+ /𝑍𝑛 + 0,059 log[𝑍𝑛2+ ] Như biết, nhôm kim loại có tính khử mạnh kẽm, điện cực 0 chuẩn nhôm 𝜑𝐴𝑙 3+ /𝐴𝑙 = −1,67𝑉 âm nhiều so với kẽm có 𝜑𝑍𝑛2+ /𝑍𝑛 = −0,76𝑉, nguyên tắc pin chế tạo từ điện cực Al - Cu phải có suất điện động lớn pin tạo thành từ điện cực Zn - Cu [4] Tuy nhiên kết thực nghiệm thu khơng giống dự đốn Epin (Al-Cu)