Некоммерческий творческий конкурс юных исследователей
 |
Уважаемые друзья!!! Предлагаем вам познакомиться с работой Чеплашкина Олега Вадимовича (Калининградская обл, г. Светлый). Победителя международного конкурса научно-исследовательских проектов детей и молодёжи "Вперёд в будущее" 2012 года. Безусловно, такой хорошей работы не получилось, если бы не было замечательного наставника и вдохновителя, учителя физики Скулкиной Татьяны Геннадьевны. Мы искренне признательны педагогу, помогавшему исследователю в этом нелегком пути. Проект «Электромеханический индукционный генератор как модель для создания волновой электростанции» Потребность. В настоящее время актуален вопрос поиска новых способов получения электроэнергии, не загрязняющих окружающую среду. Это связано с невозобновляемостью и ограниченностью энергоресурсов, ухудшением экологии, в связи с деятельностью электростанций. Они работают на традиционных видах топлива, таких как газ, уголь, нефть. Если же использовать возобновляемые ресурсы, как например, энергию волн, то можно создать новые, альтернативные источники, которые препятствовали бы усилению парникового эффекта. Изучая явление электромагнитной индукции, я узнал, что электрический ток можно получить, перемещая постоянный магнит внутри токопроводящей катушки. У меня возникла идея, что такое движение магнита может производить морская волна. Так и появилась эта работа. Краткая формулировка задачи. Мне необходимо создать опытный образец электромеханического индукционного генератора, изучить возможности практического применения созданной модели генератора, выяснить, можно ли его использовать как модель для создания волновой электростанции. Дизайн-спецификация. Приведем перечень критериев, которым должен соответствовать электромеханический индукционный генератор, чтобы его можно было использовать как модель для создания волновой электростанции:  Исследование. Морские волны - волны на поверхности моря или океана. Благодаря большой подвижности частицы воды под действием разного рода сил, главным образом под действием силы ветра, легко выходят из состояния равновесия и совершают колебательные движения. Воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек лежит в основе работы волновых энергетических станций. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую. Потенциал волн по оценкам на сегодняшний момент составляет более 2 ТВт. Однако волновая энергетика в современном мире практически не развита, хотя она способна вырабатывать в отдельных странах до 5 % всей электроэнергии. В настоящее время используют энергию морских волн Япония, Индия, Китай, Дания, Ирландия, США. У меня возникла мысль о том, что морская волна может производить движение магнита внутри проводящей катушки и вырабатывать ток благодаря явлению электромагнитной индукции. Конструированием электромеханического индукционного генератора подобного рода я занялся далее.  Чтобы проверить возможность работы маломощных электрических приборов с помощью изготовленного электромеханического индукционного генератора я подключил его с помощью соединительных проводов к калькулятору, лампочке карманного фонарика и светодиоду спецификации «красный». Выработанной электрогенератором мощности хватило для работы лампочки карманного фонарика и светодиода спецификации «красный». Но работоспособность калькулятора замечена не была вследствие недостаточной вырабатываемой мощности. Среднее время работоспособности лампочки составило около 2-ух секунд, а светодиода около 17-ти секунд. Измерения производились при параллельном подключении выбранных приборов к светодиоду-индикатору. Разработка идей и выбор оптимального варианта конструкции. В практической жизни я вижу перспективу использования созданного электромеханического индукционного генератора как аналога для создания волновой электростанции, работающей по принципу электромагнитной индукции. В результате этого этапа были разработаны два варианта устройства волновой электрической станции:  Установка представляет собой цилиндрическую трубу, закрепленную вертикально на морском дне. Вода попадает в трубу через отверстие, расположенной в боковой части установки. Внутри расположена катушка, покрытая слоем изолятора для защиты от попадания воды, и поплавок с жестко закрепленным магнитом. На конце установки находится резиновый амортизатор. При появлении волнения поплавок с магнитом совершают вертикальные колебательные движения. При этом в витках катушки образуется индукционный ток. Сила индукционного тока определяется количеством витков в катушке и скоростью изменения магнитного потока, проходящего через катушку.  Установка представляет собой рычаг. Опора рычага неподвижно закреплена на дне. На конце одного из плеч рычага расположен поплавок, а на конце другого плеча находится магнит. Магнит помещен в цилиндрическую трубу, также неподвижно закрепленную, но не связанную с самим рычагом. Плечи рычагов можно связать механизмом зубчатой передачи. При появлении волны поплавок вместе с плечом рычага приходит в движение. Использование рычага увеличивает расстояние, проходимое магнитом внутри катушки. За счет этого можно увеличить количество витков, в результате чего можно добиться большего значения индукционного тока. Можно соединить несколько катушек и использовать несколько магнитов на одном из плеч рычага для увеличения вырабатываемой мощности. Выбор лучшей идеи. К сожалению, выбрать лучшую конструкцию волновой электростанции не представляется возможным. Причиной этому является отсутствие опытных моделей таких установок, которые были бы работоспособны. Поэтому нельзя выявить преимущества и недостатки данных конструкций. Экологическая оценка. Работа приборов не требует топливных ресурсов, следовательно, отсутствуют вредные выбросы в атмосферу, поэтому прибор можно назвать экологически безопасным. При этом сохраняются сами топливные ресурсы: нефть, газ, уголь. Но это не означает, что они перестанут приносить человечеству пользу. Их можно использовать в таких отраслях промышленности, как фармакология, парфюмерия, машиностроение и т.п. В настоящее время возможность использования энергии волн огромна, однако люди не задумываются о том, сколько же энергии таит в себе океан. При использовании хотя бы малой части этой энергии возможно частично решить проблему получения электрической энергии в современном мире, поэтому в работе предложен новый способ получения электроэнергии в такой малоизученной отрасли, как волновая энергетика. Экономическое обоснование. Приборы можно практически использовать для работы таких маломощных приборов как светодиода и лампочки карманного фонарика. Казалось бы, экономическая выгода при работе маломощных приборов невелика, но существенна экологическая выгода. На основе сконструированных приборов можно построить волновую электростанцию, работающую по принципу электромагнитной индукции. Самооценка и анализ результатов. Изготовленные приборы имеет малую вырабатываемую мощность, но конечной целью не являлось достижение больших значений электрических характеристик, а проверка возможности получения электрической энергии, с помощью явления электромагнитной индукции. Усовершенствовав конструкцию прибора (например, заменив магнит, поменяв количество витков катушки), можно добиться требуемых значений вырабатываемой мощности. В дальнейшем я планирую продолжить работу над конструкцией приборов, изолировать отдельные их части для проверки возможности работы на воде. Post Scriptum. Если мы научимся разумно использовать энергию волн, то сможем внести вклад в решение энергетических и экологических проблем современного общества! Принципиальная схема конструкции.  Для усиления вырабатываемого напряжения прибора в 2 раза использовалась электронная схема умножителя. Она состоит из двух диодов, двух конденсаторов, соединенных параллельно. Емкость конденсаторов – 25 мкФ. Для работы в непрерывном режиме использован конденсатор емкостью 1000 мкФ. Индикация наличия электрического тока осуществляется при помощи светодиода спецификации «белый».  Схема умножителя модели №2 подобна схеме умножителя модели №1, однако использовались другие конденсаторы емкостью по 470 мкФ, дополнительно имеется выход для подключения маломощных приборов. Для работы в непрерывном режиме использован конденсатор емкостью 10000 мкФ. Готовое изделие проекта.  Для изготовления данной модели мне понадобились: кольцевые постоянные магниты, диэлектрическая трубка, заглушки, два полупроводниковых диода D2B, два конденсатора электрической емкостью по 10 мкФ и один конденсатор электрической емкостью 1000 мкФ, светодиод спецификации «белый», паяльник, макетная плата, мультиметр, медный провод диаметром 0,09 мм. Процесс изготовления: на диэлектрическую трубку наматывалось около 7000 витков медной проволоки. Постоянные магниты помещались внутрь трубки, концы которой закрывались заглушками с резиновыми амортизаторами. Для усиления вырабатываемого напряжения в два раза использовалась электронная схема умножителя. Для индикации наличия электрического тока использован светодиод спецификации «белый». Прибор может работать в двух режимах: импульсном и непрерывном. Смена режимов происходит при помощи переключателя. Для работы в непрерывном режиме использован конденсатор емкостью 1000 мкФ.  Процесс изготовления: конструкция второй модели подобна первой, но параллельно к светодиоду добавлено устройство для подключения маломощных приборов. Были выбраны другие конденсаторы электрическим емкостями по 470 мкФ, 470мкФ, 10000 мкФ. Также использовалась электронная схема умножителя напряжения. Частичная или полная публикация конкурсной работы на сторонних носителях, только с согласия автора. |
Радио для всех© 2024