XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Динамо-машина как альтернативный источник электричества
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В третьем классе, работая над проектом «Природное электричество», я изучал возможности получения электричества из фруктов, овощей, земли и воды (Приложение I, II). В этом году я продолжил знакомство с электричеством и попробовал собрать динамо-машину, которая преобразует физическую энергию в электрическую.
Цель исследования: определение опытным путём, возможно ли изготовить динамо-машину из подручных средств, действительно ли она работает.
Задачи исследования:
Узнать, что такое электрический генератор.
Собрать динамо-машину из подручных материалов.
Провести опыт по преобразованию механической энергии в электрическую.
Методы исследования:
Описательный метод. Включает в себя сбор информации, фактического материала из печатной литературы и Интернета, беседа с учителем физики.
Исторический метод. Поможет осмыслить полученные факты, сопоставив их с ранее известными результатами.
Экспериментальный метод. Позволит узнать, возможно ли получение электричества с помощью динамо-машины, доказать или опровергнуть гипотезу.
Гипотеза: предположим, что собранная из подручных средств динамо-машина, даст достаточное количество электрической энергии, чтобы загорелась светодиодная лампочка.
В ходе проведённых опытов и экспериментов, выяснили, что рабочую динамо-машину возможно собрать из подручных средств.
Динамо-машина, как альтернативный источник электричества
Некрасов Игорь Сергеевич
Россия,Тюменская область, Заводоуковский городской округ, город Заводоуковск, Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Заводоуковского городского округа
«Заводоуковская средняя общеобразовательная школа № 2», 4 «А» класс.
Научная статья.
Глава 1. Что такое электрический генератор?
Электрический генератор — устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию (Приложение III).
Предельно автономный тип — это ручные электростанции. В них механическое движение получается за счет мускульной силы оператора. Конечно, рассчитывать на высокую производительность и длительную работу не приходится. Зато можно уверенно получать ток в любой ситуации, когда нельзя использовать ни топливо, ни энергию ветра или воды. Потому подобные генераторы могут входить в аварийные комплекты на воздушных судах, использоваться в экстренных случаях экспедициями, военными и так далее.
Главная задача абсолютно любого электрического генератора - это выработка электричества. Но, откровенно говоря, генератор ничего не производит, он лишь трансформирует один вид энергии в другой.
И в основном происходит трансформация механической энергии в электрическую энергию.
В свою очередь механическую энергию получают в результате вращения турбин под действием расширения пара, падения воды и даже ручным приводом.
Так вот генераторы, которые работают на механическом приводе – это пока основной тип преобразователей во всем мире.
Глава 2. Динамо-машина.
Динамо-машина – это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую посредством электрогенератора [1. 6].
Это первоначальное название электрического генератора. Такие машины были первыми электрогенераторами, способными поставлять энергию для промышленности. Динамо-машина стала основой, на которой были созданы многие другие преобразователи электрической энергии, включая эленктродвигатель и генератор переменного тока.
Динамо-машина – это генератор постоянного тока, который вырабатывает электрическое напряжение в результате вращения специального приводного механизма. Такое устройство широко применялось до появления генераторов переменного тока. Сейчас динамо-машины встречаются значительно реже. Их в основном используют для питания осветительного оборудования на велосипедах, а также как часть конструкции некоторых видов ручных фонариков, радиоприемников, а также портативных зарядных устройств для мобильных телефонов, MP3 плееров и планшетов.
Точно сказать, какие специалисты изобрели генератор электричества, нельзя — работу над ним вели многие инженеры и электротехники в течение десятков лет. Работа над такой техникой продолжается даже и в XXI веке, когда, казалось бы, ничего существенного прибавить уже нельзя. Решающим шагом к созданию генератора стало открытие взаимодействия электрического поля и магнитной стрелки в 1820 году. Постепенно удалось обнаружить, что электрический ток получается только в подвижном магнитном поле либо при движении в нем проводника. Честь такого открытия делят Аньош Йедлик (Австрия, 1827) (Приложение IV) и Майкл Фарадей (Англия, 1831) (Приложение V, VI).
Хотя первым был венгерский ученый, куда большую известность получили усилия его британского коллеги. Кроме того, Йедлик от прототипов смог перейти к полноценной динамо-машине лишь в 1850-е годы. А вот открытия Майкла Фарадейя легли в основу принципа работы динамо-машины [2. 39]. Он создал генератор электроэнергии (хотя еще несовершенный) еще в 1831-м. Динамо-машины оказались исторически первым типом электрических генераторов.
Глава 2.1. Устройство динамо-машины.
Устройство состоит из катушки, которая при вращении вырабатывает электрическую энергию. Получаемый ток может передаваться оборудованию напрямую или заряжать аккумуляторную батарею, которая уже в дальнейшем будет питать потребителей. Эффективность устройства напрямую зависит от скорости вращения катушки. Чем она выше, тем большее напряжение и силу тока можно получить.
Для подключения к простейшей динамо-машине можно использовать только такое оборудование, которое нормально переносит резкие скачки параметров напряжения. В первую очередь это светодиодные лампы.
Практическая часть.
Зная, что я увлекаюсь исследованиями, на Новый год бабушка подарила мне наборы «Трицикл с динамо-машиной» (Приложение VII) и «Ручное электричество» (Приложение VIII). Мы собрали трицикл с помощью конструктора, который заряжается от динамо-машины при вращении рукоятки генератора. Выработанное электричество накапливается в конденсаторе, установленном в корпусе машинки.
С помощью набора «Ручное электричество» мы собрали динамо-машину с фонариком.
И тут я задумался, а смогу ли я собрать это устройство, используя детали старых игрушек и подручный материал.
Мы взяли из сломанной машинки игрушечный мотор, светодиодную лампу, шестерёнки, детали конструктора и бутылку из под воды (Приложение IX) .
Детали старого конструктора мы взяли на корпус динамо-машины. К корпусу мы прикрутили светодиодную лампочку, установили шестерёнки и присоединили рукоятку. Далее прикрепили провода от лампочки к мотору. Мотор закрепили в корпусе. Сверху на лампочку надели пластиковую бутылку как защитный колпак. Динамо-машина готова (Приложение X). Покрутили рукоятку машины – лампочка засветилась (Приложение XI)!
Выводы.
Мы узнали принципы работы электрического генератора.
Экспериментальным путём мы доказали, что используя подручные средства, можно самостоятельно изготовить динамо-машину.
Динамо-машина, собранная своими руками работает.
В современном мире, благодаря гигантским усилиям многих выдающихся деятелей науки разных стран, достигнуты невиданные успехи в открытии и изучении законов природы и их использования на благо человечества.
В своём возрасте я пока могу на конкретных примерах наиболее выдающихся открытий и изобретений показать роль знания в истории создания того или иного технического устройства, но, возможно, сумею в будущем сделать и свой вклад в развитие науки и техники. Существует множество интересных приборов и устройств, которые используют электрическую силу.
Миллионы использованных батареек выбрасываются ежедневно. В их составе есть токсичные элементы, способные нанести вред окружающей среде. Наша динамо-машина – это уникальный светильник, работающий на «Зелёной» энергии. Ему не требуется батарейки, и он может использоваться в любое время, в любом месте. Динамо-машина – отличный гаджет для походов и туристических ночёвок. Она может пригодиться в машине на случай непредвиденной ситуации.
Каждый день во всём мире выбрасываются миллионы пластиковых бутылок. Требуется немало времени, чтобы пластиковые материалы начали разлагаться. Это вызывает серьёзные проблемы для окружающей среды.
Мы с отрядом «Волонтёры-kids» провели в классе акцию «Вторая жизнь пластиковой бутылки». С одноклассниками мы посмотрели ролик о переработке пластиковых бутылок и изготовили поделки (Приложение XII, XIII).
Мы можем хоть немного помочь уберечь нашу планету, создав из одной бутылки что-нибудь интересное, например колпак для светильника динамо-машины. Украсить бутылку можно по собственному дизайну.
«Зеленые» технологии, забота об окружающей среде, сокращение количества отходов позволяют создавать новой счастливое будущее для нас.
Библиографический список.
Динамо-машина и многое другое / C. Антонов, Е. Горелова – ООО «Маэстро», 2018 - Текст: непосредственный.
Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч.2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц. – 2-е изд., испр. /Ред. Коллегия: М. Аксенова, В. Володин, А. Элиович и др. – М.: Аванта +, 2005. – 432 с.: ил. Текст: непосредственный.
Физика без формул / Ал. А. Леонович; худ. Ар. А. Леонович – Москва: Издательство АСТ – 2017. – 223 с.: ил. – (Простая наука для детей)
Энциклопедия для детей. Т. 14. Техника / Глав. Ред. М. Д. Аксёнова. – М.: Аванта+, 2000. – 688 с.: ил. Текст: непосредственный.
https://electrosam.ru/[Электронный ресурс] – Режим доступа: http:// Электросам.ру //. Дата обращения: 11.09.2020. Текст: электронный.
Большая книга экспериментов для школьников/ Под ред. А. Мейяни; пер. с ит. Э. И. Мотылевой. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2008. – 260 с.: ил. Текст: непосредственный.
Энциклопедия для детей. Т. 23. Универсальный иллюстрированный энциклопедический словарь / Глав. Ред. Е. А. Хлебалина, отв. Ред. Д. И. Люри. – М.: Аванта+, 2004. – 688 с.: ил. Текст: непосредственный.
ПРИЛОЖЕНИЕ I
В третьем классе
ПРИЛОЖЕНИЕ II
Получение электричества из картофеля
ПРИЛОЖЕНИЕ III
Электрический генератор на предприятии
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
Аньош Йедлик
ПРИЛОЖЕНИЕ V
Майкл Фарадей
ПРИЛОЖЕНИЕ VI
Динамо-машина Майкла Фарадея
ПРИЛОЖЕНИЕ VII
Набор «Трицикл с динамо-машиной»
ПРИЛОЖЕНИЕ VIII
Набор «Ручное электричество»
ПРИЛОЖЕНИЕ IX
Детали для динамо-машины
ПРИЛОЖЕНИЕ X
Динамо-машина из подручных средств
ПРИЛОЖЕНИЕ XI
Динамо-машина в действии
ПРИЛОЖЕНИЕ XII
Самолет из пластиковой бутылки
ПРИЛОЖЕНИЕ XIII
Карандашница из пластиковой бутылки