Левитирующий солнечный двигатель

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гатауллин Б.Ж. 1

---

1МБОУ "Гимназия №2" имени Баки Урманче НМР РТ

Мурзаханов М.А. 1

---

1МБОУ "Гимназия №2" НМР РТ

Работа в формате PDF

4.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы. Выбор и обоснование проекта.

Моя исследовательская творческая работа основана на магнитах.

Магнит – что это такое? Это такой удивительный материал, который способен отталкивать или притягивать другие магниты и металлические предметы. Магнит обладает своим магнитным полем имеющий два направления: северный и южный (рис.1, а). Такие же направления имеет наша планета Земля, север и юг, которые можно определить компасом (рис.1, б).

Рис. 1 а. б.

Магнитное поле магнитов нельзя увидеть, как-то почувствовать. Но если на лист бумаги насыпать железные опилки и с обратной стороны бумаги преподнести магнит, мы заметим, что опилки расположаться дугообразными линиями по полюсам (см. рис. 2), это будет свидетельстовать о том, что тут проходят магнитные поля.

Рис. 2. Магнитное поле магнита

Если приблизить полюса магнитов друг к другу можно почувствовать притягивание полюсов или их отталкивание. Противоположные полюса притягиваются, а одинаковые отталкиваются (рис. 3).

Рис. 3. Взаимодействие полюсов магнита

Благодаря таким уникальным особенностям магниты нашли широкое применение в науке, в медицине (физиотерапия), в быту, машиностроении, изготовлении генераторов, моторов и т.д.

Виды магнитов. Какие бывают магниты? Магниты бывают постоянные и временные. Постоянные магниты магнитят очень долго, даже несколько столетий, а временные это предметы, сделанные из железа, которые намагничиваются от постоянного магнита и магнитсят на некоторое время, затем теряют свои свойства.

Существуют разновидности постоянных магнитов:

Ферритовые магниты – черные, самые распространенные. Они широко используются в быту (вешалки), в электронике (динамики магнитофонов, радио, наушники), в школе (для крепления плакатов и стендов).

Альниковые магниты – получает путем сплавления алюминия, кобальта и никеля. Магнит применяют в науке, он очень легкий, устойчив к нагреванию, но теряет свои магнитные свойства, если рядом расположит более сильный магнит.

Самариевые магниты – очень надежные, устойчивые к агрессивной среде, широко применяют в военной технике.

Следующий вид магнита многим знаком, это неодимовый магнит. Такие магниты делают из сплава железа, бора и неодима. Сплав считается супермагнитом, так как имеет очень сильное магнитное поле. Его широко используют в быту (холодильные магнитики, игрушки, брелоки), в электронике (персональные компьютеры, ноутбуки, телефоны). Магнит легко испортить, когда притягивается, сильно ударяется, может расколоться и рассыпается. Если пользоваться правильно, неодимовый магнит прослужит 100 лет.

Существуют не только постоянные и временные магниты, распространение имеют и электрические магниты. Электромагнит легко сделать самому (рис. 4). Для этого понадобиться обычный стальной стержень (гвоздь), на который наматывается катушка из медной изолированной проволоки куда подается электрический ток (от батарейки, аккумулятора). Электромагнит начинает притягивать железные предметы. Чем сильнее ток и больше катушка, тем сильнее притягивает магнитное поле.

Рис. 4. Простейший электромагнит

Электромагниты широко используют в металлургии (краны для поднятия металлолома), грузовых кранах в морских и речных портах, электродвигатели станков, машин и бытовой техники.

Цели и задачи.

Моя работа заключается в следующих целях и задачах:

Изучить взаимодействие постоянных магнитов и электромагнитов.

Сконструировать опытный образец, используя постоянные магниты и электромагнит.

Подготовить необходимую документацию для изготовления изделия

Изготовить изделие и продемонстрировать его работу.

Объект труда и его принцип работы.

Изучив научный материал в интернете и книгах, мне захотелось собрать что-нибудь такое, что могло бы ярко продемонстрировать свойства электромагнита и постоянных магнитов.

Мой выбор пал на интересный объект - существует опытный образец двигателя, который носит название «Мендосинский мотор». Назван он в честь округа Мендосино, что на побережье штата Калифорния, США. Здесь живет изобретатель Ларри Спринг, который 4 июля 1994 года изобрел данный мотор. Эта модель долгое время стояла на подоконнике магазинчика Ларри, и через некоторое время она стала настоящей достопримечательностью округа, ведь ротор вращался, будучи подвешен буквально в воздухе (рис. 4).

Рис. 4.Мендосинский мотор

Мендосинский мотор — это не совсем обычный мотор. Он подвешен и удерживается на воздухе неодимовыми магнитами. Магниты располагаются так, чтобы они отталкивались друг от друга. Как известно чтобы магниты отталкивались, нужно их расположить одинаковыми полюсами друг к другу. Т.е. мотор удерживается на воздушной магнитной подушке. Двигатель не стоит на месте, он приводится в движение за счет электроэнергии от солнечного света или от света лампочки.

Как и любой мотор, левитирующий мотор состоит из:

А) Ротора (сюда относятся: вращающаяся ось с установленными на ней магнитами, солнечными батареями и катушкой);

Б) Статора (неподвижный корпус магнитными опорами).

Принцип работы.

Солнечный свет активируют солнечные батареи, которые в свою очередь рождают электрический ток. Ток проходит через катушки, намотанные на ротор, и возникающие магнитные поля катушек, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита (статора), приводят ротор во вращение.

Когда на одну из сторон ротора падает солнечный свет, одна из солнечных батарей, установленных на роторе, генерирует электрический ток, который направляется в обмотку ротора, расположенную около магнита статора. Ток, устремляющийся в обмотку, создает магнитное поле соответствующего полюса ротора, и ротор отталкивается этой обмоткой от постоянного магнита статора.

Таким образом ротор вращается — каждая обмотка поочередно получает питание и отталкивается: следующий солнечный элемент попадает под свет, генерируется ток, возбуждается обмотка, - ротор вращается дальше. Пока на ротор падает достаточно солнечного света, мотор будет вращаться. Это своего рода аналог коммутатора коллекторного двигателя, только «световой».

Схема обдумывания.

Прежде чем сделать свой левитирующий мотор на магнитах, мне необходимо обдумать какие использовать материалы и какие конструктивные особенности будут у моего объекта труда.

Левитирующий мотор

Монолитная конструкция

Разборная конструкция

Основа

Опора (статор)

Ротор

древесина

металл

пластик

стекло

покрасить лаком

покрасить краской

магниты

лак

неодимовые

ферритовые

акриловая

алкидная

на растворителях

На схеме можно увидеть итоговый вариант изделия, они подчеркнуты линиями.

Подготовительные работы. Инструменты.

Следующим этапом было выбрать материал, подготовить необходимые инструменты и оборудование.

Инструменты и оборудование: ручной лобзик, выпиловочный столик, плоскогубцы, кусачки, напильник, ножовка, дрель, сверла различного диаметра, шлифовальная шкурка, верстак струбцины.

В качестве строительного материала для корпуса (статора) использовал стекло (пластик, оргстекло) древесную дощечку, многослойную фанеру.

Для оси ротора я выбрал бамбуковую палочку. Для намотки медного провода изготовил каркас катушки из фанеры.

Ранее были куплены солнечные панели и неодимовые магниты.

Все детали собраны на горячем клею и «Титане».

Спецификация.

Практическая часть

Последовательность работы.

В первую очередь изготовление мотора начинают с вращающейся части – ротора. Из фанеры при помощи ручного лобзика выпиливаются рамки, на которые наматывается медная проволока сечением 0.2 мм, длинной 30 метров. Затем в середине рамок сверлится отверстие под диаметр оси. В отверстие вставляем ось из древесины бамбука и приклеиваем на клей «Титан». Далее наматываем медную проволоку – катушку. Концы припаиваем по схеме 1. К солнечным панелям. Сами панели тоже приклеиваются к рамке ротора.

Схема 1.

Схема подключения проводников катушек с солнечными панелями.

После того как ротор изготовлен приступаем к изготовлении основы и опор – статора. Для основы берется дощечка или фанера подходящего размера. Поверхность обрабатывается шкуркой.

Опоры можно изготовить из фанеры высотой в два раза выше чем диаметр магнитов как показано на рисунке 5. В опорах высверливается место для магнитов и приклеиваются клеем.

С одной из сторон приклеивают кусок стекла – служит боковой опорой для ротора.

Рис. 5.

Сборка.

При сборке огромное значение нужно придать расположению полюсов магнитов, в противном случае магниты буду не отталкиваться друг от друга а притягиваться. Тогда ротор мотора не будет левитировать в воздухе.

Расположение полюсов магнитов

Ротор, насаженный на металлический или деревянный вал, имеет квадратное сечение, благодаря чему с четырех сторон ротора размещены солнечные батареи. Ротор располагается горизонтально, а на концах вала установлены постоянные кольцевые магниты. Именно благодаря этим магнитам по бокам ротор и левитирует, сводя трение практически к нулю.

Магниты на концах вала ротора зависают над магнитными подставками, удерживая ротор в подвешенном состоянии. Магнит, расположенный непосредственно под ротором, необходим для создания магнитного поля статора, от которого мог бы отталкиваться ротор для вращения.

Заключение

Изготавливая мендосинский мотор я узнал много нового для себя.. Используя постоянные магниты и самодельные электромагниты можно делать интересные поделки. Все составные части изготовлены и собраны из вседоступных материалов и элементов, которые можно купить в магазине или заказать в интернете. Левитирующий мотор не требует дополнительных источников питания, он автономен, работает за счет солнечной энергии.

Таким образом, мой объект труда можно классифицировать как бесколлекторный магнитно-левитационный солнечный мотор малой мощности. Маленькая модель преобразует всего пару ватт мощности, и для промышленных целей этого, конечно, не достаточно, но в качестве наглядного макета на уроках физики и технологии— вполне идет.

В таком состоянии мотор может работать месяцами и годами, при условии что на него падает хотя бы немного света. Когда спускаются сумерки и наступает ночь мотор затихает, а с рассветом снова «оживает».

Так сделал мендосинские мотор я. В оригинальной же модели Ларри Спринга ось с двух сторон подпиралась стеклами за заостренные пятки.

Мой научный эксперимент удался. Я думаю моя работа будет интересна и познавательна всем!.

Список литературы.

БСЭ, второе издание, Москва, 1957 г.

Холодов Ю.А. “Человек в магнитной паутине”, “Знание”, Москва, 1972 г.

Карцев, В.П. Магнит за три тысячелетия / В.П. Карцев. - М.: Знание, 1986г. – 230 с.

Материал из интернет: - https://ru.wikipedia.org

Материал из интернет: - http://electrik.info/main/fakty/1276-mendosinskiy-motor-ustroystvo-i-princip-raboty-osobennosti-ispolzovaniya.html

https://www.instagram.com/p/BhZ6U9BAQmd/?igshid=n6ek0if54f9q

Приложение

Левитирующий двигатель на солнечных батареях - вращается в невесомости.
При наведении яркого света начинает вращаться быстрее.

Презентация.