V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Никола Тесла: вчера и сегодня. Взгляд в будущее

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мякишев С.К. 1

---

1МАОУ СМТЛ г.о. Самара

Колбасина Е.С. 1

---

1МАОУ СМТЛ г.о. Самара

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность данной темы заключается в том, что традиционные схемы передачи электрической энергии исчерпали свои возможности, ведь на сегодняшний день потребление электроэнергии возрастает с каждым днем, и вся эта нагрузка ложится на передающие линии. При передаче по линиям электропередач идут существенные потери энергии. Это в свою очередь требует постоянной модернизации электросетей, а значит новых затрат.

Задача передачи электроэнергии на расстояние без потерь и больших затрат для большинства даже сейчас кажется фантастической. Но не так давно фантастичной казалось, например, задача освоения космоса, поставленная К.Э. Циолковским. В электротехнике тоже был свой гений, мысливший, как и Циолковский, намного впереди своего века, — Никола Тесла, сербский учёный, живший и работавший в США. Именно его эксперименты и доказывают реальность беспроводной передачи энергии.

Цель работы заключается в изучении способов беспроводной передачи электричества.

Задачи:

Проанализировать литературные данные об истории изучения природы электричества, создания и использования источников энергии;

Выяснить вклад Н.Тесла в практической реализации передачи электричества на расстоянии;

Провести анкетирование учеников лицея на предмет осведомленности об источниках энергии, способах ее передачи;

Изучить возможности беспроводной передачи электричества в современных условиях;

Изучить методику и поставить опыт передачи электричества на расстояние.

Объект исследования – технология передачи электроэнергии на расстояние.

Предмет исследования – способы беспроводной передачи электричества.

Новизна выбранной темы. Проведено исследование истории создания и использования различных источников энергии. Показано, что беспроводная передача электричества является возможным и перспективным способом, который может использоваться для зарядки электрических приборов (бытовая техника, транспортные средства). Методом анкетирования выявлено, что знают о возможности передачи электричества на расстоянии 58,82% лицеистов, а 41,18% считают ее невозможной. Лишь половина участников исследования смогли привести источники электричества. Учеником 3 класса освоена технология и проведен опыт передачи электричества на расстоянии.

Практическая значимость. Результаты проделанной работы помогли заинтересоваться ученикам данной проблемой. Многие из них, отвечая на вопросы анкеты, узнали о возможности передачи электричества на расстоянии и о вкладе Н. Тесла в создание способов такой передачи. Изучение данной темы в дальнейшем поможет разрабатывать беспроводные зарядные устройства. Для автора работы – это отличный старт в изучении физики в средней школе, формировании навыков практической работы в области точных наук.

Основная часть

2.1. Обзор литературы. Изобретения Николы Тесла (анализ информации)

Будущий великий электротехник Никола Тесла родился в семье сербского священника, жившей в Хорватии. Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны. Никола Тесла – инженер, физик, величайший изобретатель и ученый ХХ века (рис. 1). Его открытия навсегда изменили мир, а его жизнь и биография наполнены удивительными событиями. Отец Николы — Милутин Тесла, сербский православный священник, мечтал о духовной карьере для своего сына. Однако Тесла, напротив, испытывал необъяснимую тягу к естественным наукам. Понимая это, отец строго-настрого запретил мальчику поступать в политехнический институт в Граце. Вскоре Никола тяжело заболел. Врачи сообщили отцу, что ребенок может не выжить. Убитый горем Милутин, желая ободрить сына, разрешил ему поступить в институт. Некоторое время спустя, юный Тесла выздоровел, но не до конца. После перенесенной болезни у него стали появляться видения, сопровождавшиеся вспышками света. Позднее Тесла признавался, что благодаря этим видениям он может “сконструировать” любой прибор у себя в голове и там же проверить его работоспособность, не прибегая к каким-либо реальным экспериментам.

Рис.1. Никола Тесла

В 1878 году Тесла окончил институт в Граце, в 1880 году — Пражский университет. После этого он работал на телеграфе в Будапеште, позднее перебрался в Париж, а из него — в Страсбург. В 1883 году Тесла построил свой первый электродвигатель. Год спустя на талантливого физика обратил внимание Томас Эдисон. Познакомившись с ним, молодой Тесла переехал на работу в США, где и прожил всю оставшуюся жизнь.

Рабочий день Николы длился с 10:30 утра до 5 утра следующего дня. Он трудился, не покладая рук, но отношения с Эдисоном у него так не сложились. Но зато сам Эдисон смог изобрести электрическую лампочку и фонограф. Все они работали на постоянном токе, в то время как Тесла видел будущее физики лишь в переменном токе.

Выйдя из команды Эдисона в 1887 году, Никола основал компанию “Тесла Электрик Лайт Компани”. Уже через год к нему пришла слава — миллионер Джордж Вестингхаус услышал доклад Теслы в Американском институте инженеров-электриков и сразу же заплатил ему патент на систему передачи и распределения многофазных токов. Позднее эта технология была использована компанией “Вестингхаус Электрик” при постройке гидроэлектростанции на Ниагаре мощностью в 50000 лошадиных сил (рис. 2).

Рис.2. Гидроэлектростанции на Ниагаре

Успешная продажа изобретений сделала Николу богатым человеком. В 1893 году Тесла устроил настоящее шоу на Всемирной выставке в Чикаго. Стоя на подиуме в центре выставочного зала, он пропустил через себя ток напряжением в два миллиона вольт. По версии Эдисона, от “сумасшедшего серба” не должно было остаться даже пыли. Однако Тесла спокойно улыбался, а в его руке горела лампочка Эдисона, получавшая энергию будто бы из ниоткуда.

Чуть раньше, в 1891 году, в своей лаборатории в городке Колорадо-Спрингс Тесла сконструировал огромный резонансный трансформатор, позволявший получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт (рис. 3).

Рис.3. Резонансный трансформатор

Ученый исходил из предположений, согласно которым наша планета является великолепным проводником электричества, и через нее можно передавать энергию на любые расстояния. Установив на башне лаборатории странный медный шар, Тесла еще раз проверил оборудование и приказал механику по имени Цито запустить установку. Башня загудела и начала разражаться молниями длиной в несколько десятков метров. Гром был слышен на расстоянии 15 миль. Люди, шедшие по улице, наблюдали искры, скачущие между их ногами и землей. Если кто-нибудь открывал кран, желая напиться воды — он видел ворох ярких искр. Лошади получали шоковые удары через металлические подковы. Наэлектризованные бабочки беспомощно кружили в воздухе, светясь синими огнями.

Тесла работал в своей лаборатории 9 месяцев и пришел к выводу, что энергию лучше всего передавать путем “ее отражения от земли и ионосферы” (рис. 4). Ученый вычислил, что необходимая для этого частота составляет около 8 герц. Данная теория была экспериментально подтверждена лишь в 1950 году.

Рис. 4. Н. Тесла в своей лаборатории

Никола Тесла, первый великий ученый, отказавшийся от нобелевской премии, человек, которого все физики мира считают и величайшим гением, умер в Нью-Йорке, в гостинице "Нью-Йоркер" 7 января 1943 года. Почти все его рукописи исчезли, и большую часть опытов не удалось повторить ни в одной лаборатории мира.

Всемирную известность Тесла обрел как создатель электродвигателя, генератора, многофазных систем и устройств, работающих на переменном токе, которые стали основными вехами второго этапа промышленной революции и удивительными фактами его биографии (1,2,5,6).

2.2. Анализ данных анкетирования учеников лицея

С целью выявления осведомленности лицеистов о возможности беспроводной передачи электричества было проведено анкетирование (анкета в Приложении 1). Всего было проанкетировано 34 ученика начальной школы СМТЛ, из них 16 учеников 3 класса, 18 учеников 4 класса (рис. 5). Все участники ответили на все вопросы.

Рис. 5. Количество участников анкетирования

При анализе результатов получены следующие данные. Менее половины участников (44,12%) знают или что-либо слышали о Н. Тесте (рис. 6).

Рис. 6. Распределение ответов учеников 3 и 4 класса

на 1-й вопрос анкеты

Большинство (91,18%) считают электричество необходимым для человечества: без него невозможно представить современный мир, быт, работу, учебу, использование современных средств общения. Лишь 3 человека (8,82%) ответили, что можно обойтись без электричества, так как оно может быть опасно, люди в древние времена могли обходиться без электричества (рис. 7).

Рис. 7. Распределение ответов учеников 3 и 4 класса

на 2-й вопрос анкеты

47,06% учеников смогли назвать виды станций, на которых создают электричество (ГЭС, в частности, Жигулевская ГЭС, ТЭС, АЭС, ВЭС, солнечные батареи). Большая часть участников – 52,94% - не смогли назвать промышленные источники электричества (рис. 8).

Рис. 8. Распределение ответов учеников 3 и 4 класса

на 4-й вопрос анкеты

20 учеников (58,82%) считают передачу электричества на расстоянии возможной, 15 человек (41,18%) – невозможной (рис. 9).

Рис. 9. Распределение ответов учеников 3 и 4 класса

на 5-й вопрос анкеты

Интересно было сравнить ответы на вопросы учеников 3 и 4 класса. Так как количество участников в классах было примерно одинаковым, результаты можно сопоставлять. Получилось, что о Н. Тесле известно большей половине учеников 4-го класса, и только 1/3 третьеклассников знают или слышали о нем. Однако, ученики 3-го класса назвали большее количество источников электричества, а 66,67% четвероклассников не смогли привести какие-либо примеры. Одинаковое количество участников анкетирования из 3-го и 4-го классов считают передачу электричества на расстоянии возможной.

Необходимо сказать, что ученики, даже не зная ответа на вопрос, очень интересовались данной темой и писали: «Пока не знаю, но очень хочу об этом узнать!».

2.3. Передача электричества на расстоянии без проводов

(опыт освоен автором).

Для проведения опыта необходимы следующие материалы и приборы (рис. 10):- медный провод небольшого диаметра длиной 7 м;- цилиндр диаметром 4 см;- пальчиковая батарейка;- коробка для батарейки;- резистор 10 Ом;- транзистор C2482;- светодиод.

Рис. 10. Материалы и приборыХод работы:

1.Провод длиной 4 метра согнуть вдвое, чтобы с одного конца осталось два проводка, а с другого конца – согнутая часть.

2.Один из проводов подогнуть в любую сторону и намотать на цилиндр.

3. Дойдя до середины, сдвоенный проводок оставить в любую сторону и продолжать наматывать пока не останется небольшой кусок, который также нужно оставить.

4. Полученное кольцо с тремя концами снять с цилиндра и закрепить изоляционной лентой.

5. Второй отрезок провода длиной в 3 м намотать обычным способом. В этом случае нужно получить не три конца, как в случае прошлого наматывания, а – два.

6. Полученное кольцо закрепить изолентой.

7. Зачистить кончики проволоки от защитного слоя лака.

8. Собрать схему, в которой катушка с тремя выходами предназначена для подключения источника питания резистора и транзистора, а на вторую катушку, на которой есть два конца, прикреплен светодиод.

9. Загорание светодиодной лампочки служит тестером беспроводной передачи электричества (рис. 11).

Рис. 11. Результаты опыта

Таким образом, передача электричества на расстоянии без проводов возможна (3,4,7,8,9).

Заключение

В результате проделанной работы изучена история создания и использования источников энергии, вклад Н. Тесла в разработку беспроводной передачи электричества, проведено анкетирование учеников 3 и 4 класса на предмет осведомленности об источниках и способах передачи энергии, поставлен опыт передачи электричества на расстояние без проводов.

На основании полученных результатов можно сделать выводы:

Беспроводная передача электричества возможна, существуют различные способы такой передачи.

Изобретения Н. Тесла актуальны и могут использоваться для создания беспроводных зарядных устройств для бытовой и автомобильной техники.

По результатам анкетирования выявлено, что знают о возможности передачи электричества на расстоянии 58,82% учеников, а 41,18% считают ее невозможной, привели примеры источников электричества 50,0% участников исследования.

Таким образом, изучение вопроса о беспроводной передаче электричества, проведение опыта и обсуждение его с одноклассниками позволило вызвать интерес к теме, освоить навыки постановки эксперимента, в дальнейшем более глубоко и детально изучать данную проблему.

Список используемой литературы

Приложение 1

Анкета

Пожалуйста, заполните анкету

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

1.Знаете ли Вы что-нибудь об учёном Николе Тесла? (Слышали Вы что-нибудь о нём?)

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

2.По Вашему мнению, необходимо ли человечеству электричество?

1) Да

2) Нет

3.Напишите, пожалуйста, почему Вы выбрали во втором номере ответ 1 или 2

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

4.Напишите, пожалуйста, какие виды станций, на которых люди создают электричество, Вы знаете

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

5.Как Вы думаете, возможна ли передача электричества на расстояние без проводов?

1) Да

2) Нет

Спасибо за ответы!

15