XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Электростанция для хомячка
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Домашние животные приносят радость своим хозяевам и оказывают положительное влияние на их состояние. Наблюдения за поведением животных иногда бывает удивительным. Так, непривычным для человека является ночная активность хомячков. Использовать эту активность возможно с пользой.
Наиболее простым и полезным использованием потребности хомячков к бегу будет выработка электроэнергии. Объем такой энергии невелик, но может позволить подзарядить телефон, устроить дополнительное освещение в аквариуме. Но, даже не смотря на столь низкое количество полученной от активности хомячка энергии, можно говорить о вкладе в энергосбережение. Для реализации такой идеи придется решить ряд проблем.
Цель: разработать и создать электрогенератор для хомячка.
Задачи:
• Понаблюдать за активностью хомячка;
• Определить принцип работы генератора:
• Разработать и изготовить генератор;
• Проверить работу генератора.
Гипотеза: Хомячок бегая в колесе сможет заряжать повербанк.
1. Особенности ночного образа жизни животных.
Наблюдение за домашним хомячком и информация в интернете говорят нам о том, что хомяки ведут ночной образ жизни — их пик активности приходится на период с 20:00 до 6:00 утра. В это время питомец бегает в колесе, исследует клетку, ест и занимается обустройством гнезда [2].
Внутренние биологические часы хомяка настроены совершенно по-другому, чем у человека. Если мы активны днём, то хомяк в это время восстанавливает силы. А когда мы ложимся спать, у питомца начинается «рабочий день».
Объясняется такая особенность жизни этих животных тем, что в дикой природе они выходят из нор под покровом темноты, чтобы избежать хищников.
Однако их ночные забеги — это не просто разминка. Ученые отмечают, что физическая активность критически важна для их здоровья: без нее у грызунов развивается ожирение, стресс и даже сокращается срок жизни (Приложение 1).
Интересный факт: хомяки способны запоминать маршруты и находить выход из сложных конструкций, что делает их отличными «инженерами» в миниатюре. А еще эти зверьки — настоящие коллекционеры.
Хомяки — это больше, чем милые игрушки для детей. Их поведение отражает глубокие природные механизмы, а забота о них учит ответственности[1].
2. Выбор элементов электростанции.
Основными элементами электростанции являются генератор, накопитель энергии и преобразователь. Генератор – это устройство, которое преобразует движение в электрический ток. Они могут вырабатывать как постоянный ток (течет в одном направлении) так и переменный (в разных). Для накопления электричества применяются аккумуляторы. Они требуют постоянного тока и их заряд должен быть под контролем. Разработаны и существуют электронные устройства, способные поддерживать нужный ток заряда, отключать батарею после полной зарядки выдавать на выход фиксированное напряжение 5 Вольт. Такие устройства называют повербанками.
В качестве генератора можно использовать любой электромотор. Многие из них требуют большой частоты вращения и их применение затруднительно. Наиболее подходящим решением для разрабатываемой электростанции будет шаговый мотор [3]. Он состоит и нескольких неподвижных катушек и вращающегося внутри них магнита с большим количеством полюсов. Такой мотор вырабатывает электричество при небольших оборотах (Приложение 2).
Учитывая то, что в выбранном моторе имеются две обмотки и выдает он импульсы переменного тока, то была разработана схема двойного выпрямителя с суммированием напряжения на его выходе (Приложение 3).
Для контроля заряда и стабилизации выходного напряжения используется готовя плата повербанка.
3. Практическая часть.
3.1. Создание электростанции.
Используемый в качестве генератора шаговый мотор в доработках не нуждается. На его вал закреплено колесо и сам он крепится снаружи клетки хомяка. Из шести выводов два являются отводами и не используются. Через разъем генератор подключен к плате выпрямителя.
Выпрямитель состоит из двух диодных мостов (Приложение 4). Каждый из них имеет вход для переменного тока и два выхода (плюс и минус) постоянного тока. На выходе каждого диодного моста включен конденсатор. Он нужен для сглаживания бросков напряжения от генератора. На каждом из этих конденсаторов будет около 4 Вольт [4]. Далее эти напряжения складываются и напряжение до 8 Вольт подается на схему повербанка для подзарядки аккумулятора (Приложение 5).
Аккумулятор, платы выпрямителя и повербанка [5] находятся в корпусе, специально напечатанном на 3Д принтере (Приложение 6).
3.2. Тестирование устройства.
Тестирование электростанции проводилось в два этапа. Собранный выпрямитель был подключен к генератору. При вращении вала генератора на выходе выпрямителя измерялось напряжение. В зависимости от скорости вращения оно было от 5 до 8 В. Далее подключался повербанк и при вращении вала генератора был зафиксирован заряд аккумулятора.
После установки генератора на клетку напряжение на аккумуляторе было 3,7 В. На следующий день оно составило уже 4 В. Это говорит о том, что ночью хомячок бегал в колесе и тем самым зарядил аккумулятор. На этом проверка работоспособности была подтверждена.
3.3. Дополнительные устройства.
Изготовленная электростанция позволяет заряжать телефон. Так же к ней можно подключать различные устройства с напряжением питания 5 В. Одно из таких устройств – подсветка для аквариума. Она представляет из себя мощный светодиод. Для того, что бы подсветка включалась только в темное время, было изготовлено фотореле.
Когда в помещении светло, то фотоэлемент закрывает транзистор, ток через него не протекает и светодиод выключен. Как только наступает темнота, сопротивление фотоэлемента увеличивается и он больше не закрывает транзистор, светодиод начинает работать.
Заключение.
В ходе работы над проектом была проведено наблюдение за поведением хомяков, разработана и изготовлена миниэлектростанция для установки в клетку животного. Тестирование устройства показало его работоспособность. Вся конструкция (кроме колеса) находится вне клетки и не доставляет неудобств хомячку. Было разработано и изготовлено фотореле для подключения к электростанции. Цель проекта достигнута.
Список литературы
1. . Животный мир от А до Я. – Ростов-на Дону: Издательский дом «Проф-Пресс», 2018
2. https://www.belnovosti.by/domashnie-zhivotnye/chto-skryvayut-homyaki-o-svoey-nochnoy-zhizni Что скрывают хомяки о своей ночной жизни
3.http://cnc-design.ru/shagovye-dvigateli-konstrukciya-princip-raboty-i-primenenie.html (Шаговые двигатели - конструкция, принцип работы и применение)
4. Шлындова А. А., Мягков И. А., Корнеев И. В. Ш68 Простая электроника для детей и взрослых. — М.: ДМК Пресс. 2021
5. https://club.dns-shop.ru/blog/t-83-portativnyie-akkumulyatoryi/110848-korpus-akkumulyator-plata-kak-ustroen-poverbank/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F / Корпус, аккумулятор, плата: как устроен повербанк
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8