XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
К ак родилась тема исследования?
Рис. 1 Индукционное поле
У меня дома появился светильник с возможностью заряжать телефон без провода. Достаточно просто положить телефон на подставку. Я заинтересовался данным устройством и решил исследовать его.
Вот как выглядит принцип работы беспроводной зарядки телефона.
Упрощенно: зарядка состоит из передатчика энергии с катушкой в приборе и приемника с катушкой в телефоне, производящего обратное преобразование энергии для питания батареи.
Рис. 2 Устройство беспроводной зарядки
К огда я изучил принцип работы беспроводной зарядки телефона, моя мама привела мне в пример еще один бытовой прибор, который демонстрирует беспроводную передачу энергии – индукционную плиту, на которой она ежедневно готовит нам завтрак, обед и ужин.
Рассмотрев примеры беспроводной передачи энергии с телефоном и электроплитой, я задумался: если существуют технологии передачи энергии на маленьких расстояниях, то вероятнее всего, существует возможность передачи энергии на больших расстояниях.
Ведь тема беспроводной передачи энергии, на мой взгляд, открывает для нас большие перспективы. Доступность таких технологий позволит освещать малыми средствами большие территории. Подавать энергию там, где она нужна в текущий момент времени. Например, на северных широтах, геологам и просто путешественникам и даже положительно повлиять на экологию всей планеты. Доступность передачи энергии на большие расстояния значительно увеличит производство электромобилей, что значительно сократит в атмосфере Земли количество углекислого газа. И это лишь малая часть примеров тех возможностей, которые могут быть доступны человечеству при беспроводной передаче энергии.
Соответственно, и актуальность беспроводной передачи энергии на большие расстояния очень высока.
Гипотеза: Энергию можно передавать на расстояние, и я это продемонстрирую.
Задачи: 1.Найти предметы, которые передают энергию на расстояние без проводов.
2.Изучить их.
3. Продемонстрировать передачу энергии на расстояние.
Цель: Изучить методы передачи энергии без проводов.
Основная часть
Недолго думая, я приступил к изучению научных фактов, где были проведены исследования беспроводной передачи энергии на большие расстояния.
Один из них - это передача при помощи индукционных токов, но такая передача энергии работает на весьма ограниченном расстоянии (до нескольких мм). Пример такой передачи энергии - работа индукционной плиты. Демонстрация работы индукционной плиты.
Другой вариант - передачи энергии при помощи мощного лазера, но и там есть существенные ограничения по погодным условиям. Например, в туман потери могут доходить до 100%.
Еще, достаточно недавно, успешно заработала микроволновая передача энергии. Погода на них не влияет, но есть шанс «поджариться» как в микроволновой печи, находясь в зоне луча радиоволны.
Э лектрический резонанс. Я выяснил, что в начале 20 века Никола Тесла, сербский изобретатель, продемонстрировал возможность зажечь несколько сотен люминесцентных ламп на расстоянии в 42 километра. Энергия передавалась дистанционно с построенной им башни. Этот способ мне показался наиболее интересным, и именно на нем я буду строить доказательство своей гипотезы эмпирическим способом. Для этого мне необходимо изучить принцип работы катушки Тесла и изготовить аналогичное устройство – башню, адаптированную под мои возможности эксперимента в домашних условиях.
Рис. 3 Башня Ворденклиф Н.Тесла
В своей презентации я буду использовать устройство, работа, которого основана на принципе работы катушки Тесла, но изменённого под низкое напряжение питания (ниже напряжение – выше безопасность), о чем мне рассказал папа. Данное устройство называется КАЧЕР.
Фото 1. Качер
Для более удобной намотки катушки мной была создана электрическая система вращения из элементов моего конструктора LEGO.
Таблица 1. Намотка проволоки на катушку Качер
Далее необходимо было намотать на катушку тонкую медную проволоку виток к витку в один слой. Как работает мое устройство. После изготовления катушки мною под чутким руководством папы были проведены опыты с устройством. При работе устройства на расстоянии загорались люминесцентные лампы и даже светодиодные.
В процессе работы с устройством выяснилось, что не стоит прикасаться к любым открытым металлическим частям устройства, так как возникала обжигающая кожу искра.
Фото 2. Свечение лампы при приближении к качеру
Свою работу я продемонстрировал ребятам в классе. Лампа светилась при приближении к катушке, а от металлических предметов возникала искра.
Таблица 2. Демонстрация работы катушки в классе
Демонстрация свечения лампы.
Заключение
Выводы: Данные опыты демонстрируют передачу энергии на расстоянии. Таким образом, моя гипотеза верна: технические возможности передачи энергии на расстояние без проводов существуют. Важным вопросом для меня остался момент, насколько продвинулись ученые в дальности передачи энергии.
Я нашел следующие данные по дальности передачи энергии. К 2011 году имели место следующие успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 %: в 1975 году в обсерватории Goldstone (Калифорния) и в 1997 году в Grand Bassin на острове Реюньон (дальность передачи - около километра, исследования были в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети).
Как я уже говорил ранее, эта тема открывает перед человечеством большие перспективы в жизни людей, в освоении новых территорий в труднодоступных местах.
Список источников
Википедия. Башня Ворденклиф https://ru.wikipedia.org/wiki/Башня_Ворденклиф
Википедия. Беспроводная передача электричества https://ru.wikipedia.org/wiki/Беспроводная_передача_электричества
Применение и перспективы беспроводной передачи электричества. https://geekometr.ru/statji/besprovodnoj-sposob-peredachi-elektroenergii.html