XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Резонансный трансформатор Николы Тесла: практическое применение в современных условиях
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Межрегиональная научно-практическая конференция исследовательских работ учащихся «Исследователь 21 века»
Тема
исследования:
Резонансный
трансформатор Николы Тесла: практическое
применение в современных условиях
Выполнил: учащийся 8 класса,
МОУ Николо-Кропоткинская ООШ
Насрединов Кирилл Джурабекович
Руководитель: Околышев А.В.,
МОУ Николо-Кропоткинская ООШ,
учитель «Обществознания»
Талдом 2022 год
Содержание
Введение ………………………………………………………………...… 3
1. Принцип действия резонансного трансформатора Тесла …………… 5
2. Преимущества и недостатки использования резонансного трансформатора Тесла в сравнении с современными источниками электроэнергии ………………………………………………………………...... 9
3. Анализ экономических возможностей получения дешевого электричества с помощью резонансного трансформатора Тесла ………...… 11
Заключение …………………………………………………………….… 13
Список используемой литературы ……………………………………... 15
Введение
Актуальность темы исследования. В связи с переходом Российской Федерации к рыночной экономике остро встает вопрос о использовании более дешевых источников энергии, так как запасы углеводородов, которые используют на сегодняшний день для производства электроэнергии не безграничны, тоже происходит и с запасами меди и алюминия применяемыми для того, чтобы донести электричество до потребителя. Чтобы решить данный вопрос нам необходимо обратится к истории, еще 22 сентября 1896 года Николо Тесла создал и запатентовал прибор, получивший название «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала». Данный прибор позволял передавать электрические токи на огромные расстояния и практически без потерь. Для потребителя электроэнергия обходилась практически бесплатно, производитель в связи с существенной экономией тоже не оставался в «накладе». Но часть корпораций зарабатывающих на поставке электроэнергии и изготовлении электрических кабелей могла лишиться сверхприбылей, что не позволило воплотить данный проект в жизнь.
Целью работы является рассмотрение практического применения резонансного трансформатора Николы Тесла в современных условиях.
Исходя из цели исследования мы хотим выделить следующие задачи:
Разобрать принцип действия резонансного трансформатора;
Раскрыть преимущества использования резонансного трансформатора в сравнении с современными источниками электроэнергии;
Подвергнуть анализу экономические возможности получения дешевого электричества с помощью резонансного трансформатора;
Подвести итог исследования и внести предложения по внедрению резонансного трансформатора.
Объектом исследования выступают правоотношения возникающие из экономической целесообразности применения резонансного трансформатора Тесла в современных условиях.
Предметом работы являются теоретические труды российских ученых в области применения не традиционных источников энергии, в частности резонансного трансформатора Тесла.
Методологической основой исследования выступают общенаучные методы и специальные методы отдельных наук. К ним можно отнести метод сравнительного анализа, синтеза, эксперимента, исторический, социальный и экономический методы и другие.
Новизна исследования заключается в новом взгляде на проблему использования резонансного трансформатора Николы Тесла в новых условиях современной жизни. Если до этого резонансный трансформатор по большей части рассматривался как «игрушка» для демонстрации возможности атмосферного электричества, то при внедрении данного устройства в народном хозяйстве мы сможем существенно сократить затраты на производство электроэнергии и снизить стоимость и издержки на выпуск энергозатратной продукции.
Практическая значимость исследования помимо сказанного выше заключается как в экономической целесообразности применения этого устройства, так и в повышении престижа Российской науки в плане решения вопроса по поиску альтернативных источников энергии.
Структура работы обусловлена ее целью и задачами и состоит из введения, трех разделов, заключения и списка используемых источников литературы.
1. Принцип действия резонансного трансформатора Тесла
Трансформатор является мощным источником радиоволн с частотой от сотни килогерц до нескольких мегагерц. На основе мощных трансформаторов Теслы планировалось создание системы радиовещания, беспроводного телеграфа и беспроводной телефонии.
Но наиболее грандиозный проект Теслы, связанный с использованием его трансформатора, — создание глобальной системы беспроводного энергоснабжения. Как он считал, достаточно мощный трансформатор или система трансформаторов сможет в глобальном масштабе менять заряд Земли и верхних слоев атмосферы.
В такой ситуации установленный в любой точке планеты трансформатор, имеющий такую же резонансную частоту, как и передающий, будет источником тока, и линии электропередач станут не нужны.
Именно стремление создать систему беспроводной передачи энергии погубило знаменитый проект Wardenclyff. Инвесторы были заинтересованы в появлении только окупаемой системы связи. А передатчик энергии, которую мог бы неконтролируемо принимать любой желающий по всему миру, напротив, грозил убытками электрическим компаниям и производителям проводов. А один из основных инвесторов был акционером Ниагарской ГЭС и заводов по производству меди.
Классическая схема трансформатора: первичный колебательный контур состоит из индуктивности, или первичной обмотки, последовательно с которой включена ёмкость, или конденсатор, и параллельно — нелинейный элемент, или разрядник. Индуктивностью вторичного контура является вторичная обмотка, а ёмкость образуется из межвитковой ёмкости самой обмотки в комплексе с ёмкостью выходного элемента.
Рис. 1 Схема резонансного трансформатора Теслы
Работа трансформатора Тесла проходит в импульсном режиме. Конденсатор первичного контура заряжается током высокого напряжения от внешнего источника питания через низкочастотный трансформатор. Величина этого напряжения ограничивается пробойным напряжением разрядника и в разных схемах может варьироваться в пределах 2-20 кВ.
Рис. 2 Испытание рабочей модели резонансного трансформатора Теслы
Рис. 3 Резонансные колебания во вторичном контуре вызывают кратное увеличение напряжения, что приводит к свечению поднесенной к катушке неоновой лампы
При пробое искрового промежутка разрядника цепь первичного колебательного контура замкнётся и останется на некоторое время замкнутой через ионизированный газ разрядника, что вызовет затухающие в.ч. колебания в контуре. Резонансные колебания во вторичном контуре вызовут кратное увеличение напряжения на его выходе, которое может достигать миллионов вольт. При разряде конденсатора первичного контура колебательный процесс прекращается до следующей зарядки, после чего цикл повторяется.
На сегодняшний день в качестве сфер применения, где извлекается польза из резонансного трансформатора Тесла можно выделить следующие:
Генерация разрядов, для изучения токов высокой частоты;
Создание электромагнитного поля, для выявления утечек в производствах;
Организация эффектных шоу-программ;
Оздоравливающее и тонизирующее влияние на кожные покровы. При воздействии токами низкой частоты;
Оперативное выведение из строя электронной техники. Приборы вызывают порчу микросхем и транзисторов (как правило используется в приборах РЭБ вооруженными силами и спец службами);
Ионизация газоразрядных ламп.
Как уже говорилось выше применение резонансному трансформатору нашли не только для красивых развлекательных шоу с яркими многометровыми электрическими разрядами, но и для практического использования. Никола Тесла использовал своё изобретение для телеуправления механизмами, передачи на небольшие расстояния информации и энергии. В начале прошлого века резонансный трансформатор использовался в медицине для физиотерапевтических процедур.
В настоящее время катушки зажигания автомобилей являются одной из модификаций трансформатора Тесла. В средствах неразрушающего контроля широко применяются импульсные рентгеновские аппараты, где импульсное анодное напряжение вырабатывается резонансным трансформатором, в котором вторичный колебательный контур дополнен выходной «ударной» ёмкостью и разрядником-обострителем. Такой трансформатор выдаёт импульсы напряжением 200-300 кВ.
2. Преимущества и недостатки использования резонансного трансформатора Тесла в сравнении с современными источниками электроэнергии
Рассмотрим преимущества и недостатки использования резонансного трансформатора в сравнении с существующими источниками электроэнергии.
1. Для начала рассмотрим недостатки
Недостатки резонансного трансформатора:
Необходимость создания новой инфраструктуры;
Переобучения персонала;
Снижение количества чиновнического аппарата и поступления налогов от продажи электроэнергии.
Недостатки существующих источников электроэнергии:
Большое количество расходных материалов и линий передачи;
Высокая себестоимость при выработке и передачи электроэнергии;
Приводит к отторжению больших площадей земельных и лесных угодий;
Отрицательное влияние на окружающую природную среду (выброс в атмосферу вредных веществ при сгорании топлива - ТЭЦ; заболачивание территорий, гибель флоры и фауны, уничтожение и смещение ореолов обитания животных и птиц – ГЭС; глобальные последствия для всего живого при аварии – АЭС);
Большое количество обслуживающего персонала;
Высокая цена для потребителя;
Дорогостоящие расходные материалы;
Возможность злоупотреблений со стороны официальных дистрибьютеров (неконтролируемое и необоснованное повышение тарифов, присвоение крупных сумм для личного обогащения и т.д.)
2. Достоинства
Достоинства резонансного трансформатора:
Практически бесплатная электроэнергия;
Отсутствие дорогостоящих линий доставки;
Незначительный обслуживающий персонал;
Удобство и простота монтажа и настройки оборудования;
Безопасность для человека и окружающей среды;
Безграничная возможность в распространении и получении.
Достоинства существующих источников электроэнергии:
Существуют продолжительное время;
Имеется значительный персонал обслуживания, не требующий переобучения (как правило незначительная «текучка» кадров, отсутствие возможности создание новых рабочих мест);
Отсутствие дефицита расходных материалов;
Налаженная инфраструктура.
Из всего вышеперечисленного видно, что при использовании резонансного трансформатора Тесла открываются не только экономические перспективы в экономии бюджетных средств и средств простых граждан, но и возможность сберечь от загрязнения и гибели окружающую природную среду, а также и забота о простых гражданах (потребителях электроэнергии) получающих возможность направить высвободившиеся от оплаты тарифов за электроэнергию средства на более важные для себя цели. Из этого следует, что внедрение резонансного трансформатора Тесла решает не только экономические, но и социальные и экологические проблемы государства.
3. Анализ экономических возможностей получения дешевого электричества с помощью резонансного трансформатора Тесла
Получения дешевой (практически бесплатной) электроэнергии открывает огромные перспективы по освоению и заселению земель Сибири и Дальнего Востока. Это решает не только проблему снабжения населения электроэнергией, но и развития инфраструктуры этих регионов, снимает проблему социальной напряженности в центральных районах в следствии переселения населения, обладающего повышенной социальной мобильностью в новые динамично развивающиеся области и районы.
Снижение экономических затрат на производство электроэнергии устраняет и проблему посреднических компаний, которые занимаются продажей электроэнергии потребителю, а также компаний занимающихся обслуживанием линий электропередачи, что позволит снизить бюджетные затраты и перенаправить средства на развитие регионов. Также в связи с высвобождением средств у потребителей, они могут также перенаправить свои расходы в другое «русло», что с учетом программы импортозамещения позволит поддержать отечественного товаропроизводителя, что также положительно скажется на экономике государства.
Развитие альтернативных источников энергии, которым по сути является резонансного трансформатора Тесла может явится ощутимым толчком в развитии целого направления науки, что отразится на престиже государства в положительную сторону. А как мы знаем любое развитие науки сказывается и на экономике, а также на других сферах общественной жизни. Об этом может говорить появление новых рабочих мест, что как правило связано с развитием новых производств, которые несомненно появятся.
Также благодаря получению дешевой электроэнергии в стране можно сократить добычу полезных ископаемых, что позволит создать запас тех ресурсов, которые являются наиболее востребованными в будущем, когда их запасы в других странах будут выработаны, а цена на них возрастет (сюда можно отнести углеводороды, а также металлы используемые для линей электропередачи).
Как уже говорилось выше при использовании дешевой электроэнергии, когда цена на нее для потребителя будет символической, отпадет потребность в органах контроля и учета, а это приличная по размерам и потреблению бюджетных средств инфраструктура, что позволит также аккумулировать высвобождающиеся средства и вкладывать их в более полезные направления развития науки и производства.
Устранение контрольно-надзорных органов (о которых говорилось выше) существенно снизит процент злоупотреблений и разного рода нарушений как со стороны абонентов, так и со стороны контрольно-надзорного органа, что положительно скажется на социальной обстановке в стране.
Как мы видим, применение и использование дешевой электроэнергии, которую возможно получить с помощью резонансного трансформатора Тесла влияет практически на все сферы общественной жизни. Внедрив это изобретение государство укрепится не только экономически, о чем говорит анализ высвобождаемых средств, это также повысит престиж его науки и образования, благодаря которым оно добилась таких успехов.
Заключение
В результате проведенного исследования мы пришли к следующим выводам:
Резонансный трансформатор Тесла показал свою работоспособность, что было подтверждено экспериментально (собрана рабочая модель, выдавшая 2,5 кВ);
В ходе проведенного анализа открывающихся возможностей в результате использования резонансного трансформатора Тесла, нами рассмотрена экономическая целесообразность использования устройства в современных условиях. В итоге, экономические выгоды и доход от использования устройства многократно оправдывают затраты на его внедрение. К примеру, чистая прибыль такого поставщика (перекупщика) услуг как «Мосэнергосбыт» за 2020 год составила 58,8 млрд. руб. (и это поставщик одного субъекта из 85), а благодаря резонансному трансформатору Тесла этот посредник будет не нужен и эти средства можно перенаправить, к примеру на развитие регионов или наукоемких производств.
Получение дешёвой электроэнергии решает не только экономические проблемы государства, но и социальные и экологические. Это прежде всего связано со снижением социальной напряженности через освоение и заселения новых регионов, экологическая проблема решается в связи с отказом от строительства трех основных видов электростанций: тепловых, атомных и гидроэлектростанций, что также приносит существенную экономическую выгоду.
Наработки, полученные в результате исследования, можно использовать при проведении практических занятий по таким предметам как Физика в курсе изучения электричества, Обществознание – в темах, посвященных экономическому развитию государства и экономики в целом, а также в предмете Финансовая грамотность – при рассмотрении бюджета государства и способов его формирования. Это поможет более полно рассматривать поставленные вопросы и вызовет дополнительный интерес у учащихся к изучению данных дисциплин, что в перспективе может являться толчком для проработки данной темы в будущем.
Цель и задачи, поставленные перед нами в исследовании, полагаем достигнутыми.
Список используемой литературы
Абдуллина А.Ф., Зеленов В.В. Трансформаторы Теслы. Эфиродинамический подход // Неделя науки-2008. Науч.-практ. конф. "Наука МИИТа - транспорту": тр. В 2 ч. Ч.2. - М.: МИИТ, 2008. - С.VII-56-VII-57.
Авраменко С.В. 1-проводная электропередача - фантазия или реальность? // Электричество и жизнь. - 2000. - № 3. - С.18-27. - Библиогр.: 8 назв.
Ацюковский В.А. Трансформатор Тесла: Энергия из эфира. - Жуковский: Петит, 2004. - 24 с.
Бадер М.П. Передача электрической энергии электромагнитными полями и их воздействие на окружающую среду // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2016. – № 2. - с.43-47. - Библиогр.: 3 назв.
Валон Т.Ф. Беспроводное ионосферное электричество Тесла // Новая энергетика. - 2003. - № 4. - С.46-52. - Библиогр.: 25 назв.
Егоров А.Д., Чумаков С.А. К вопросу о самостоятельном изготовлении трансформатора Теслы (катушки Теслы) // Молодой ученый. - 2020. - № 31(321). - С.21-23.