Катушка индуктивности (9 класс)

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Описание проблемы, выбранной автором для решения, её актуальность

Актуальность создания катушки индуктивности………………………………...…...…..….…3

Гипотеза создания модели………………………………………………………………………..3

Цель проекта……………………………………………………………………………………….3

Задачи…………………….……………………………………………………..………………….3

Объект исследования……………………………………………………………….……………..3

Предмет исследования…………………………………………………………….………...….…3

План работы………………………………………………………………………..………………4

2.Описание проектной работы и ее результаты.

2.1. Теоретическая часть ………………………………………………………………………....4

2.2. Практическая часть   ………………………………………………………………………....4

2.2.1. Суть предложенного автором технического решения проблемы…..……….…………..5

Материалы……………………..…………………………………………………………………..5

2.2.2. Область применения решения  ………………………………………………………....…7

Заключение  ……………………………………………………………………………………….8

2.2.3. Список использованной литературы   ………………………………………………….…8

                                                                              КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ

Гущанский Н.С.

1. Описание проблемы, выбранной автором для решения, её актуальность

Физика – это удивительная наука! Это наука из наук! Экспериментальная физика имеет огромное значение в развитии науки. Эксперименты с электричеством кажется, что тут еще можно открывать и экспериментировать, ведь сейчас мы воспринимаем электричество как самое обыденное явление: холодильник, телевизор, компьютер, микроволновка. Однако сам ток доходит к нам, увы, лишь по проводам. Это всё очень далеко от того, что Никола Тесла мог делать более 100 лет назад, и чего современная физика не может объяснить до сих пор. Ещё  в 1900–х годах Тесла мог передавать на огромные расстояния ток без проводов, получить ток 100 млн. ампер и напряжение 10 тыс. вольт. И поддерживать такие характеристики любое необходимое время. Современная физика достичь таких показателей просто не в состоянии. Современные учёные достигли лишь планки в 30 миллионов ампер (при взрыве электромагнитной бомбы), и 300 миллионов при термоядерной реакции - да и то, на доли секунды. Я поставил перед собой вопрос, есть ли устройства, способные передавать электрический ток беспроводным способом. 

Оказалось, что я не ученый, и уже существует катушка индуктивности  (Тесла), изобретенная выдающимся  ученым Никола Тесла.

Актуальность создания модели катушки  индуктивности:

Я решил, что будет актуальным создание катушки индуктивности, вокруг которой образуется электромагнитное поле, способное передавать электрический ток беспроводным способом.  

Гипотеза создания модели:

Гипотеза, выдвинутая мной, состоит в возможности создания и работы катушки в домашних условиях.

Цель проекта:

Сконструировать модель катушки индуктивности и  продемонстрировать на уроке  физики.

Задачи:

·         Изучить имеющуюся литературу по выбранной теме.

·         Изготовить демонстрационную модель катушку индуктивности и рассказать одноклассникам о принципе ее работы.

Объект исследования: катушка  индуктивности.

Предмет исследования: электромагнитное поле катушки Тесла.

План работы:

1.      Изучение теоретического материала в научно-популярной литературе.

2.      Выбор материалов для изготовления демонстрационной модели катушки  Тесла.

3.      Конструирование и апробация катушки.

4.      Демонстрация модели на уроке физики.

2.      Описание проектной работы и ее результаты.

Катушка Тесла - устройство, изобретённое Николой Тесла и носящее его имя. Катушка индуктивности обычно представляет собой спираль из одножильного или многожильного изолированного провода, намотанного на цилиндрический, тороидальный или прямоугольный каркас из диэлектрика. Также бывают и бескаркасные катушки. Важнейшей характеристикой  катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе, зачем бы ей дали такое название. Индуктивность — это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

 Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор. Является резонансным трансформатором, производящим высокое напряжение высокой частоты. Прибор был запатентован 22 сентября 1896 года как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала».

К первичной обмотке подводится переменное напряжение, и она создает магнитное поле. При помощи этого поля энергия из первичной обмотки передается во вторичную.
Вторичная обмотка вместе с собственной емкостью образуют колебательный контур, который накапливает переданную ему энергию. Часть времени вся энергия в колебательном контуре храниться в виде напряжения. Таким образом, чем больше энергии мы вкачаем в контур, тем больше напряжения получим.

Катушка Тесла - это демонстрационный генератор высокочастотных токов высокого напряжения. Устройство может быть использовано для беспроводной передачи электрического тока, на большие расстояния.

Простейший трансформатор Тесла состоит из двух катушек — первичной и вторичной, а также разрядника, конденсаторов, тороида и терминала. Первичная катушка обычно содержит несколько витков провода большого диаметра или медной трубки, а вторичная около 1000 витков провода меньшего диаметра. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора главным образом выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Таким образом, трансформатор Тесла представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. После достижения между электродами разрядника напряжения пробоя, в нём возникает лавинообразный электрический пробой газа. Конденсатор разряжается через разрядник на катушку. Поэтому цепь колебательного контура, состоящего из первичной катушки и конденсатора, остаётся замкнутой через разрядник, и в ней возникают высокочастотные колебания. Во вторичной цепи возникают резонансные колебания, что приводит к появлению на терминале высокого напряжения. Во всех типах трансформаторов Тесла основной элемент трансформатора — первичный и вторичный контуры — остается неизменным. Однако одна из его частей — генератор высокочастотных колебаний может иметь различную конструкцию.

Схема  катушки  Тесла

2.2. Практическая часть

2.2.1. Суть предложенного автором технического решения проблемы

Данную проблему я решал, просматривал  в интернете различные варианты изготовления катушки  индуктивности, специального технического оборудования и имеющихся материалов.

Посмотрев на материалы, которые используются для изготовления катушки   индуктивности, я решил изготовить катушку из подручных материалов.

Материалы

1.Конденсатор.

2.Блок питания philips.

3.Болты.

4.Строительная пластиковая труба (25-30см).

5.Медная проволока.

6.Лак.

7.Красная изолента.

8.Микросхема.

9.Радиатор 2 шт.

10.Резистор.

11.Транзистор.

Выполнение работы:

1.Для начала нужно намотать на трубу для сантехники  2500тыс. витков.

После чего концы необходимо заизолировать изолентой и всю трубу покрыть лаком (рис. 1).

 

(рис. 1)

2.На микросхему я подсоединил трубу, соединив её проводами с резистором, конденсатором и транзистором, после чего я решил установить радиатор от перегрева (воздушное охлаждение) (рис. 2).

 

(рис. 2)

3.Затем я подсоединил блок питания к схеме, на него я тоже решил поставить радиатор побольше  от перегрева (рис. 3).

  

(рис. 3)

4.Соединив всю схему между собой в правильной последовательности, я запустил катушку и провёл опыт, поднеся к ней лампочку (рис. 4).

Лампочка загоралась сама по себе у меня в руках на определенном расстоянии, значит, электрический ток может передаваться без проводов.

 

  (рис. 4).

Время работы моей катушки 3 мин, после чего ей стоит остыть и снова начать работать, если поставить вентилятор, то время работы увеличит.

При выполнении проекта, я столкнулся с небольшими трудностями: я не мог намотать 2500тыс. витков медной проволоки на трубу.

У меня было 5 не удачных попыток, но все, же я справился. С пятой попытки созданная модель начала свою работу.                                          

2.2.2. Вывод

Область применения решения

Переменный ток является основным способом передачи электроэнергии на большие расстояния.

Электродвигатели, впервые созданные Николой Тесла, используются во всех современных станках, электропоездах, электромобилях, трамваях, троллейбусах.

Радиоуправляемая робототехника получила широкое распространение не только в детских игрушках и беспроводных телевизионных и компьютерных устройствах (пульты управления).

Беспроводные заряжающие устройства начинают использоваться для зарядки  мобильных телефонов или  ноутбуков.

Переменный ток, впервые полученный Тесла,  является основным способом передачи     электроэнергии на большие расстояния

Использование в развлекательных целях и шоу.

В начале XX века трансформатор Тесла также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам, оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Заключение

Трансформатор (катушка) Тесла - удивительное устройство, позволяющее получить мощный интенсивный поток автоэлектронной эмиссии чрезвычайно экономичным способом. Однако его уникальные свойства и полезные применения далеко еще не исчерпаны.

          В результате моих исследований  гипотеза подтвердилась: вокруг катушки индуктивности образуется электромагнитное поле огромной напряженности, способное передавать электрический ток беспроводным способом: лампочка загоралась сама по себе у меня в руках на определенном расстоянии,  значит, электрический ток может передаваться без проводов.

Время работы моей катушки 3 мин, после чего ей стоит остыть и снова начать работать, если поставить вентилятор, то время работы увеличит.

            Действительно, в домашних условиях можно собрать катушку индуктивности.

            Необходимо отметить и еще одну важную вещь: действие этой установки на человека: как Вы заметили при работе меня не било током: токи высокой частоты, которые проходят по поверхности человеческого организма не причиняют ему вреда, наоборот, оказывают тонизирующее и оздоровительное действие, это используется даже в современной медицине (из научно-популярной литературы). Однако надо заметить, что электрические разряды, которые Вы видели, имеют высокую температуру, поэтому долго ловить молнию руками не рекомендуется!

2.2.3. Список использованной литературы:

1.      http://www.tesla.chisar.net/index.php/2010/05/kniga-nikola-tesla-lozh-i-pravda-o-velikom-          izobretatele/;

2.      https://ru.wikipedia.org;

3.      Перышкин А.В. Физика 8 Дрофа;

4.      Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. / Под ред. Николаева В.И., Парфентьевой Н.А. Физика (базовый и профильный уровни) 10 Просвещение