XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Добыча электричества в домашних условиях

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лисовский Л.Р. 1

---

1МБОУ лицей №11 (филиал) г. Челябинска

Лисовская Татьяна Александровна 1

---

1МПУ

Работа в формате PDF

2.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Электричество важно в современном мире, мы им пользуемся каждый день.

Меня заинтересовал вопрос, откуда в розетке берётся электричество и можно ли самим добыть электричество в домашних условиях? Я, считаю, что это возможно - это стало моей научной гипотезой.

Чтобы убедиться, что этот вопрос интересует не только меня, я решил провести опрос среди своих ровесников и он показал 100% заинтересованность. Значит тема актуальна и над ней стоит работать.

Целью моего исследования является – найти способы добычи электричества в домашних условиях.

Задачами моего исследования будут:

Узнать, что такое электричество и откуда оно появляется в наших домах?

Узнать какими способами добывают электричество

Выделить способы добычи электричества, которые можно повторить дома

Создать экспериментальный макет по добыче электричества

Провести испытания

Сделать выводы

В ходе работы я использовал различные научные методики исследования. Они бывают теоретические и эмпирические (экспериментальные). Из методов теоретического исследования я использовал:

анализ (обработка результатов опроса для подтверждения актуальности);

системный подход (для проверки своей гипотезы я читал литературу, смотрел мультфильмы и познавательные ролики и разговаривал со взрослыми по теме моего исследования);

метод классификации (выделил способы добычи электроэнергии).

А из методов эмпирического исследования я использовал:

материальное моделирование (создал макет по добыче электричества);

эксперимент (добывал электричество различными способами с помощью макета);

наблюдение за работой макета при разных условиях.

1. АНАЛИЗ АКТУАЛЬНОСТИ ТЕМЫ РАБОТЫ

Для того чтобы узнать, что знают мои ровесники по теме исследования и интересно ли им это научное направление, с помощью родителей я сделал анкету, использовав Google Формы. Анкета состояла из 5 вопросов с вариантами ответов (рис. 1)

Рис. 1. Анкета для оценки актуальности исследования

на платформе Google Формы

Опрос был проведён в моём 2В классе лицея номер 11 (филиал), а также среди учеников 2 классов школ 47 и 130 города Челябинска. Опрос прошли 54 человека. В приложении можно увидеть диаграммы полученных ответов. После анализа полученных результатов я пришёл к выводам, что:

Абсолютное большинство считает, что современный человек не может обойтись без электричества, а вот как без него обойтись известно лишь половине опрошенных.

Абсолютное большинство опрошенных знает, что электричество попадает к нам домой с электростанций.

Наиболее популярными источниками для получения электроэнергии второклассники считают воду (76 %), воздух (61 %) и землю (53 %).

Большинство опрошенных согласны со мной, что добыть электричество дома возможно (84 %), но 61 % из них не знает, как это сделать.

И абсолютно все участники опроса хотят узнать способы добычи электричества, а это значит, что актуальность моего исследования доказана.

2. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Электрическая энергия – наш друг и помощник. С помощью неё мы зажигаем свет в домах, заряжаем телефоны, запускаем компьютеры и телевизоры, бытовую технику и т.д. Энергия может переходить из одного вида в другой. Например, тепловой двигатель будет вращать генератор электроэнергии, это значит механическая энергия перейдёт в электрическую. Генератор можно вращать и водяным двигателем, водяной турбиной. Тогда электрическая энергия получится за счет механической энергии текущей воды. Таким образом электричество можно добывать из воды, ветра, солнца, земли и за счёт ядерных реакций с помощью электростанций.

Гидроэлектростанция.

Из воды добывают электричество на гидроэлектростанции. Мощный поток воды вращает турбину, а она вращает генератор, который вырабатывает электрический ток (рис. 2).

Рис. 2. Схема гидроэлектростанции [1]

Турбину обычно защищают специальными фильтрами или сетками, как показано на рисунке для того чтобы мусор, например, крупные камни, не попали в турбину и не вывели её из строя. [1] В нашей области располагается старейшая гидроэлектростанция в России – ГЭС «Пороги» (рис. 3). Она работала с 1920 года до 2017. Располагается она на реке Большая Сатка в Челябинской области. Она очень красивая и является памятником истории и культуры областного значения.

Рис. 3. Фотография ГЭС «Пороги» на реке большая Сатка

Теплоэлектроцентраль

Из земли добывают электричество на теплоэлектростанции. Турбины вращаются от водяного пара из котла, а воду нагревают сжигая различное топливо: уголь, торф или газ. На рисунке 3 показана модель электростанции «Мосэнерго», на неё в качестве топлива используют газ. [3]

Рис. 3. Теплоэлектроцентраль «Мосэнерго»

1.3 Ветроэлектростания

Из ветра добывают электричество на ветряной электростанции. Их строят на побережье или в горах, там, где сильный ветер. Главный плюс ветряных электростанций – это то, что они не загрязняют окружающую среду, но ветер переменчив, может дуть, а может нет, может дуть сильно, а может слабо, поэтому приходится использовать дополнительные технические решения.

Рис.4. Ветроэлектростанция «Фортум» в Ростовской области [4]

1.4 Солнечная электростанция

Из солнца добывают электричество на солнечных электростанциях. Специальные солнечные батареи превращают энергию солнца в электрический ток. Очевидно, что такие станции нужно располагать в солнечных местах. Поэтому одна из крупнейших станций в России располагается в Республике Крым – СЭС Перово.

Рис.5. СЭС Перово, республика Крым

КАКИЕ СПОСОБЫ ДОБЫЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА МОЖНО РЕАЛИЗОВАТЬ ДОМА

Рассмотрев разные виды добычи электроэнергии было решено, что макет гидроэлектростанция будет сделать сложно, так как нужен большой объём воды для постоянного вращения лопастей. Модель теплоэлектростанции тоже не сделать, потому что мы не сможем построить дома печь и у нас нет подходящего топливо. А так же сжигание топлива дома пожароопасно! А вот модели ветро- и солнечной электростанции мы можем сделать дома. В качестве основы модели было решено использовать деревянный домик (рис. 6), который будет изображать дома и квартиры в которых мы живём.

Рис.6. Основа для макета

Проверять получилось ли добыть электроэнергию мы будем с помощью светодиодов, которые расположим внутри домика. Если они горят, значит электричество удалось добыть. Для того, чтобы провести электричество в доме сначала нужно разработать схему – рисунок 7.

Рис. 6. Схемы питания модели

Левая схема нам понадобится для добычи электричества от солнца или другого яркого источника света, а правая – для добычи электричества от силы ветра.

Из схемы понятно, какие элементы необходимы для сборки модели:

- солнечная панель;

- двигатель с пропеллером;

- светодиоды (11 шт);

- провода;

- переключатель (чтобы изменять источник питания с солнечной батареи на ветрогенератор).

Чтобы соединить все элементы в схему пришлось воспользоваться паяльной станции. Важно спаивать все элементы осторожно и под присмотром взрослых, потому что паяльник очень горячий!

Рис. 7. Процесс пайки контактов солнечной панели и проводов

Светодиоды было решено расположить в окошках дома и закрепить термоклеем из пистолета. Солнечная панель закреплена на крыше. А вся проводка спрятана внутри домика. Пропеллер вместе с двигателем закрепили на высокой трубе рядом с домиком, чтобы ветер дул прямо, это поможет добиться наибольшей энергии при достаточном ветре. Готовый макет показан на рисунке 8.

Рис. 8. Готовый макет

Было проведено два эксперимента с макетом.

Эксперимент 1. Натуральный

По условиям эксперимента макет необходимо было вынести на улицу и проверить в реальных условиях как он работает при разных видах погоды. По результатам эксперимента заполнялась таблица 1.

Таблица 1. Эксперимент натуральный

Эксперимент 2. Имитационный

По условиям эксперимента мы заменим реальные источники солнце и ветер, на их аналоги дома, а именно разнообразные светильники (люстра, настольная лампа, фонарик) и фен. По результатам эксперимента заполняясь таблица 2 для режима генерации энергии с помощью солнечной панели и таблица для режима ветрогенератора. В режиме солнечной панели макет располагался на разном расстоянии от источников света. По таблице видно, что чем дальше от источника света расположен макет, тем тусклее горят лампочки.

Таблица 2. Эксперимент имитационный, режим солнечной панели

Такой же эксперимент проводился и в режиме ветрогенератора. Фен отдалялся и приближался к макету. Результат получился таким же, что чем дальше фен убирать от макета, тем тусклее горят лампочки.

Таблица 3. Эксперимент имитационный, режим ветрогенератора

По результатам эксперимента были сделаны следующие выводы:

1. Добыть электрическую энергию в домашних условиях возможно, это доказал эксперимент.

2. В погодных условиях Урала намного лучше работает солнечная панель, так как улавливает солнце значительно лучше и зажигает лампочки макета чаще.

3. Искусственные источники света тоже могут играть роль солнца и генерировать электричество в макете.

4. Вентилятор на макете очень маленький по сравнению с настоящими устройствами на ветряных станциях, поэтому вырабатывать электричество таким путём может только за счёт очень сильного ветра, который создаёт близко расположенный к макету фен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования можно сказать, гипотеза о том, что можно самим добыть электричество в домашних условиях – подтверждена. Разработан макет, который доказал состоятельность этой гипотезы. С помощью него можно добывать электричество используя энергию солнца и ветра. Из-за того, что это всего лишь маленький макет и на нём расположены маленькая солнечная панель и маленький пропеллер ветрогенератора ему для выработки энергии нужно близко расположенный источник света (такой как лампа или фонарик) и ветра (фен). В естественных условиях макет работал только при очень ярком свете днём, а такого сильного ветра на Урале не бывает, чтобы макет заработал от него на улице.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Мультипликационный фильм. Катя и Эф. Куда-угодно-дверь - Источник

Фиксики. Новенькие - Энергия 

https://mosenergo.gazprom.ru/about/plantwork/

https://www.fortum.ru/razvitie-vetroenergetiki-v-rossii

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Результаты опроса