Знакомство с электромагнитной индукцией и ее применением в повседневной жизни

XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Знакомство с электромагнитной индукцией и ее применением в повседневной жизни

Колесников Т.И. 1
1МБОУ "СОШ № 2" п. Палатка
Костылева Е.Е. 1
1МБОУ "СОШ № 2" п. Палатка
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Наша жизнь не возможна без электроприборов. Актуальность современных устройств заключается в том, что они упрощают повседневную жизнь и расширяют возможности человека. 

Однажды я заметил, что беспроводные наушники воспроизводят музыку, и мне стало интересно, как это возможно, захотелось разобрать их и посмотреть. А так как мой папа работает главным энергетиком и знает всё про техническую эксплуатацию и обслуживание электрического и электромеханического оборудования, то с этим вопросом я обратился к нему. В нашей школе у одноклассников есть наушники и различные современные устройства, однако мало кто понимает, как они функционируют без проводов. Поэтому мы решили, что наша исследовательская работа, посвященная изучению явления электромагнитной индукции и его применения в повседневной жизни, будет актуальной и полезной.

Цель исследования: познакомиться с явлением электромагнитной индукции и выявить ее роль в жизни людей.

Задачи исследования:

  1. Собрать информацию и изучить материалы по данной теме.

  2. Рассмотреть природу электромагнитной индукции.

  3. Собратькатушку Тесла и продемонстрировать в действии эффект электромагнитной индукции.

Объект исследования: электромагнитная индукция.

Предмет исследования: электромагнитная индукция в бытовых приборах.

Методыисследования: изучение литературы, анкетирование, анализ и обобщение, эксперимент.

Гипотеза: могу предположить, что явление электромагнитной индукции встречается повсеместно и является основой для работы многих бытовых приборов и устройств.

  1. Электромагнитная индукция

1.1. Понятие электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция представляет собой процесс, при котором электрический ток возникает в проводнике под воздействием изменяющегося магнитного поля. Этот эффект был открыт в XIX веке и стал краеугольным камнем электротехники.

Электромагнитная индукция находит обширное применение в современном технологическом развитии, выполняя важную роль в разнообразных устройствах и системах. Она применяется в таких областях, как передача электрической энергии, электроника, машиностроение и многих других сферах.

    1. Открытие электромагнитной индукции

Английский физик Майкл Фарадей в 1831 году провел ряд исследований, которые помогли ему обнаружить эффект электромагнитной индукции. Для этого он использовал провод, намотанный на катушку и гальванический элемент. Он заметил, что изменение магнитного поля внутри катушки приводит к возникновению тока в проводнике.

Благодаря своим наблюдениям он сформулировал законы электромагнитной индукции, которые легли в основу электромагнетизма и открыли перспективы в электротехнике.

    1. Никола Тесла и его катушка

Весомый вклад в развитие электромагнетизма внес сербско-американский физик Никола Тесла.

Одним из его изобретений стало устройство, позволяющее увеличивать напряжение и создавать электромагнитные импульсы. Это устройство было названо в честь физика – катушка Тесла.

Катушка Тесла состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных на цилиндрический каркас. Движение тока через эту катушку создает мощное электромагнитное поле. Это позволяет передавать энергию на расстоянии без использования проводов.

Катушка Тесла - важное изобретение в области электротехники. На ее основе создано множество приборов, которые нашли применение как в науке, так и в повседневной жизни.

    1. Электромагнитная индукция вокруг нас: что думают люди?

Во время сбора информации и изучения данной темы нам стало интересно, знают ли мои сверстники об электромагнитной индукции? Для ответа на этот вопрос мы провели анкетирование среди учеников начальной школы. По завершению анкетирования мы собрали интересующую нас информацию от 41 человека и для наглядности оформили их в виде диаграмм.

Знают ли опрошенные ученики об электромагнитной индукции:

Желание опрошенных учеников изучать данную тему:

Устройства, с которыми учащиеся взаимодействуют в жизни:

Проанализировав анкеты, мы сделали следующие выводы:

  • большинство опрошенных в повседневной жизни регулярно используют приборы, работающие на принципе электромагнитной индукции;

  • они не знают о данном эффекте и хотели бы изучить данный вопрос;

  • им бы хотелось, чтобы такая техника как телевизор, фен, утюг и проектор стали беспроводными.

2. Применение электромагнитной индукции

    1. Сборка катушки Тесла

Целью нашего исследования является демонстрация эффекта электромагнитной индукции путем беспроводной передачи электроэнергии.

На первом этапе практической части работы мы занялись изучением литературы и всевозможных схем и видов катушек Тесла.

Катушка состоит из первичной обмотки, вторичной обмотки, источника питания.

Первичная обмотка должна быть немного шире вторичной. Это необходимо для того, чтобы вторичная обмотка могла поместиться в первичной, не соприкасаясь с ней.

Вторым этапом работы стало конструирование катушки Тесла и проведение эксперимента с ней. Для этого нам понадобились следующие материалы:

  • источник постоянного тока на 12 В

  • транзистор

  • пленочный конденсатор

  • резистор на 150 Ом

  • резистор на 2200 Ом

  • провод сечением 16 мм²

  • провод сечением 0,19 мм².

Для изготовления первичной обмотки намотаем толстый провод на трубку диаметром 50 мм, сделав 3,5 витка. Для вторичной обмотки намотаем тонкий провод на трубку диаметром 25 мм, сделав примерно 420 витков.

После этого собираем все компоненты согласно схеме, помещая вторичную обмотку внутрь первичной. Включаем питание.

После подачи питания можно наблюдать эффект электромагнитной индукции в действии. Для этого нам понадобилась неоновая или люминесцентная лампа. При уменьшении расстояния между лампой и катушкой можно заметить её свечение, что свидетельствует о возможности беспроводной передачи электроэнергии и подтверждает наличие электромагнитного поля.

Вывод: эксперимент помог нам понять, что для работы лампочки достаточно наличия электромагнитного поля, создаваемого катушкой.

    1. Применение электромагнитной индукции в повседневной жизни

Современные бытовые устройства стремительно развиваются и изменяются. Индукционная технология незаметно, но существенно улучшает жизнь обычных людей. Электромагнитная индукция применяется в различных областях нашей жизни:

  • в электротехнике для генерации электрического тока в генераторах, трансформаторах и электродвигателях;

  • в промышленности для нагрева материалов (индукционная плавка, индукционная закалка), управления двигателями и приводами, а также для беспроводной передачи энергии;

  • в медицине в магнитно-резонансной томографии (МРТ) для создания изображений внутренних органов пациента;

  • в бытовой технике беспроводные зарядные устройства для смартфонов и других устройств.

Рассмотрим самые распространенные сегодня устройства, которые имеются во многих домах, в том числе и в быту наших учащихся.

1. Беспроводные наушники — это устройства, которые подключаются к телефону или компьютеру, не используя при этом провод. Электромагнитная индукция передает аудиосигнал от источника к наушникам, в которых установлена аналогичная катушка, после чего происходит преобразование возникшего тока в звуковые волны.

2. Электромагнитная индукция используется в беспроводной компьютерной мыши и клавиатурах для питания. Такие устройства не требуют батареек и работают на специальном коврике, внутри которого намотана катушка индуктивности. Пропадает необходимость замены батареек или подзарядки аккумулятора, что делает процесс использования такого оборудования более комфортным. 

3. Индукционная варочная плита - самый яркий представитель применения электромагнитной индукции в быту. В основе ее работы лежит передача тепла с помощью электромагнитных волн. Происходит это следующим образом: катушка внутри плиты создает мощные электромагнитные волны, которые свободно проходят через стеклокерамику и вызывают появление вихревых токов в нижней части посуды. За счет этого происходит нагрев дна кастрюли. Главным преимуществом данных плит является безопасность: от такой плиты невозможно получить ожог. Еще одним преимуществом является равномерный нагрев посуды, что позволяет полностью контролировать приготовление пищи.

4. Беспроводные зарядные устройства для смартфонов работают на основе принципа электродинамической индукции. Из минусов можно отметить только то, что телефон должен располагаться близко к устройству. Со времен инженеры смогут увеличить мощность источника устройства и решить данный вопрос, ведь уже запущены беспроводные зарядные станции для электробусов. Так же существуют специальные дороги для электромобилей. Проезжая по ним, электромобиль подзаряжает аккумуляторы.

5. Индукционная кофеварка — это современное устройство, использующее принцип индукционного нагрева для готовки кофе. Принцип ее работы схож с работой индукционной плиты. В дно кофеварки встроена индукционная катушка. Она создает магнитное поле, которое разогревает дно прибора, тем самым запуская изготовление напитка.

Также уже существуют другие различные бытовые приборы на основе электромагнитной индукции. Например, в сентябре 2024 года стало известно о разработке стандарта Ki, который позволяет создавать беспроводные тостеры, чайники, фритюрницы и блендеры. Питание в таких приборах передаётся при помощи электромагнитной индукции, стоя на индукционной плите.

Стандарт Ki позволяет передавать энергию через разные материалы, включая кварц, мрамор и дерево толщиной до 3,81 см. За счёт этого беспроводные передатчики энергии можно встраивать в различные поверхности на кухне.

В разработке и тестировании технологии участвовали такие крупные компании-производители, как Bosch, Philips, Beko, Miele и Midea. Новые устройства с поддержкой стандарта Ki должны были появиться до конца 2024 года.

 
 
Заключение

В ходе нашей исследовательской работы мы собрали информацию о явлении электромагнитной индукции из различных источников.

По итогам работы мы сделали следующие выводы:

1. Электромагнитная индукция является основным принципом работы многих электрических устройств.

2. Индукционный ток можно генерировать не только с помощью постоянных магнитов, но и с помощью изменения магнитного поля, создаваемого током в других проводниках.

3. Электромагнитная индукция применяется во многих сферах нашей жизни.

Цель исследования достигнута, задачи выполнены, гипотеза полностью подтвердилась: электромагнитная индукция действительно является ключевым механизмом беспроводной передачи энергии, является основой для работы многих бытовых приборов и устройств и встречается повсеместно.

Исследование имеет практическую значимость, так как понимание принципов электромагнитной индукции открывает новые возможности для разработки более эффективных технологий, включая беспроводные зарядные устройства и системы передачи энергии.

В заключение, хотелось бы отметить, что прогресс не стоит на месте. Идеи, которые 20 лет назад казались фантастикой, сегодня воплощаются и прочно внедряются в нашу жизнь. Научные достижения вдохновляют специалистов на новые открытия. Мы уверены в том, что через 10 лет то, что кажется нам научной фантастикой, воплотится в жизнь.

Список использованных источников и литературы

  • В. А. Максимова «Электричество и магнетизм», серия «Физика для начинающих», издательство «Автор», 2022 г., 169 с.

  • И. И. Кравченко, И. Н. Кравченко «Физика в представлении. Электромагнитная индукция. Электромагнитные колебания. Оптика. Основы СТО». Демонстрационный учебно-наглядный материал учителя Физики. 410 с. https://litmir.club/bpr/?b=702692

  • Красовский, С. А. Катушка Теслы / С. А. Красовский, И. Б. Насонова. — Текст: непосредственный // Юный ученый. — 2023. — № 3 (66). — с. 257-260. — URL: https://moluch.ru/young/archive/66/3454/

  • Ник. Горькавый, «Драконоборцы. 100 научных сказок», серия «Библиотека вундеркинда. Подарочная», издательство АСТ, 2018 г., 260 с.

  • ТОП 5 бытовых устройств с применением индукционной технологии https://ictmagazine.kz/top-5-bytovyh-ustrojstv-s-primeneniem-indukczionnoj-tehnologii/

Приложение 1

Анкета

  1. Знаешь ли ты что такое электромагнитная индукция?

Да

Нет

  1. Отметь, с какими устройствами из списка ты взаимодействуешь в повседневной жизни?

Беспроводные наушники

Беспроводное зарядное устройство для смартфона

Домофон

Индукционная плита

Беспроводная мышь/клавиатура

  1. Хотелось бы тебе узнать, как работают такие устройства?

Да

Нет

  1. Напиши, какие приборы могли бы стать удобнее, если бы были беспроводными? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Приложение 2

Т еоретическая часть проекта

Посещение библиотеки для сбора информации

Книги, рассмотренные при изучении темы

Приложение 3

Практическая часть проекта

Сборка модели «Катушка Тесла»

Проверка работоспособности на неоновой лампе

Наличие электромагнитной индукции подтверждено

Повторение опыта с другим типом лампы

Повторный опыт прошел успешно.

Люминесцентная лампа засветилась в электромагнитном поле катушки

Приложение 4

Применение электромагнитной индукции

в повседневной жизни

Беспроводные наушники

Домофон Трансформатор

Индукционная варочная плита Бесконтактное зарядное

устройство

Индукционная кофеварка Индукционный светильник

Металлoдетектор

Аппарат МРТ

Просмотров работы: 14