Проектная работа "Передача энергии на расстоянии без проводов"

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

Отдел образования Администрации Ленинского района

города Екатеринбурга

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 93

                   ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ НА
    РАССТОЯНИЕ БЕЗ ПРОВОДОВ

                                              Исследовательская работа

ученика 4 класса «Г»

Ермакова Владислава

Руководитель

учитель начальных классов

Власова Наталья Евгеньевна

                                                       Екатеринбург, 2015

Содержание

Введение………………………………………………………………………3 

1 Теоретические аспекты…………………………………………………….4                                                                   

1.1 Существующие  способы передачи электроэнергии на   расстояние ... 5            1.2 Ультразвуковой метод передачи электроэнергии

         на расстояние……………………………………………………………6

1.3 Лазерный метод передачи электроэнергии.

         на расстояние……………………………………………………………7

1.4 Электромагнитная индукция  ……………………………………………8                                                  

 2 Практическая часть………………………………………………………....9   

2.1 Принцип работы устройства………………………………………….. ..10    

2.2  Конструкция  устройства………………………………………………. 11   

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Актуальность исследования: Сейчас 21 век. Век передовых технологий где все пользуются разными девайсами которым нужна подзарядка. И мне надоело запутываться в проводах. Мне стало интересно «А можно ли передать энергию на расстояние без проводов?».

Проблема: В мире стало очень много проводов и я хочу  передать электроэнергию на расстояние без проводов для того что бы не путаться в проводах

Цель:  Узнать передавал   ли кто то электроэнергию на расстояние без проводов. Как это у него получилось. И если передавали то где это сейчас используется.

 Научится передавать энергию на расстояние без проводов.

Задачи:

Найти информацию по теме.

Прочитать и изучить материал.

Собрать прототип устройства.

Попробовать передать энергию на расстояние без проводов.

Предмет исследования: Передача электроэнергии на расстояние без проводов, плюсы и минусы такой передачи и какие методы бывают

Объект исследования: Электромагнитная индукция

Гипотеза исследования: Я думаю у меня получится  зарядить какое-либо устройство на расстояние без проводов.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

1.1   СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА РАССТОЯНИЕ.

Есть много способов передать энергию на расстояние:  ультразвуковой метод,  лазерный метод,  электромагнитная  индукция.

Рассмотрим каждый метод подробнее.

1. 2 УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД  ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ  НА РАССТОЯНИЕ

Изобретение студентов университета Пенсильвании. Впервые широкой публике установка была представлена на выставке The All Things Digital (D9) в 2011 году. Как и в других способах беспроводной передачи чего-либо, используется приёмник и передатчик. Передатчик  излучает ультразвук, приёмник  в свою очередь  преобразует слышимое  в электричество.  На момент презентации расстояние передачи достигает 7-10 метров, необходима прямая видимость приёмника и передатчика. Из известных характеристик — передаваемое напряжение достигает 8 вольт, однако не сообщается получаемая сила тока. Но вот только используя  этот метод мы не сможем передавать электроэнергию  через препятствия.

Плюсы:

напряжение достигает 8 вольт

Минусы:

Необходима прямая видимость между приемником и передатчиком (то есть энергия не сможет преодолевать препятствия).

1.3 ЛАЗЕРНЫЙ МЕТОД ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА РАССТОЯНИЕ

Это один из наиболее распространенных методов. В нем электроэнергия преобразуется в луч лазера и из-за этого можно передавать энергию на большие расстояния. Но этот метод требует прямой видимости от передатчика до приемника (то есть не сможет передавать энергию через препятствия). Поэтому такой метод  подходит только для того что бы передавать энергию из космоса (люди планируют сделать  там много солнечных батарей потому что на земле они не эффективны из-за атмосферы.).

Плюсы:

Компактный размер.

Лазер не создает радиочастотных помех.

Лазер обладает малым углом расходимости, позволяет узкому пучку эффективно передавать энергию на большие расстояния.

Минусы:

Этот метод требует прямой видимости между передатчиком и приемником.

Потери в атмосфере.

1.4 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ     ИНДУКЦИЯ

Явление электромагнитной индукции открыл в 1831 году англичанин Майкл Фарадей.  В 1894  Никола Тесла (смотреть приложение №1) зажигает без проводов фосфорную лампу накаливания в лаборатории на Пятой авеню, а позже в лаборатории на Хаустон-стрит в Нью-Йорке, с помощью «электромагнитной  индукции». К сожалению Никола Тесла не оставил после себя описание своей технологии.

В настоящее время  примерами использования принципа электромагнитной индукции являются бесконтактные зарядные устройства мобильных телефонов и электрических зубных щеток.

Кратко явление электромагнитной индукции можно пояснить следующим образом: вокруг магнита или проводника с током существует магнитное поле. Если провести этим  магнитным полем (магнитом или проводником с током)  около другого проводника  то в проводнике  начинает протекать электрический ток . Это и есть электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция используется в  электродвигателях, генераторах,  трансформаторах и во множестве других устройств.  

         Плюсы:

         Способность передавать энергию через препятствия

         Минусы:

         Небольшое расстояние передачи энергии. 

          Низкая эффективность передачи энергии  (если подать на вход например 10  ватт  то на выходе получится 1 ватт)

(смотреть приложение № 2)

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Принцип работы устройства.

В качестве источника магнитного поля мы используем катушку индуктивности (винтовая, спиральная катушка свёрнутая  из изолированного проводника). Для получения магнитного поля вокруг катушки индуктивности мы используем пульсирующий электрический ток. Он получается с помощью кварцевого генератора (автогенератор электромагнитных колебаний с колебательной системой в состав которой входит кварцевый резонатор)  который вырабатывает  электрические импульсы с частотой 15 миллионов импульсов в секунду. Эти импульсы усиливаются с помощью транзистора (полупроводниковый прибор  усиливающий и генерирующий  электро колебания) и отправляются в катушку индуктивности. При протекании через катушку пульсирующего электрического тока  вокруг неё образуется  электромагнитное поле.  Это электромагнитное поле наводит в приёмной катушке  приёмника электрический  ток (эффект такой-же как если бы вы  проводили магнитным полем(магнитом) около провода (приёмника) вследствие чего загорается светодиод подключенный к выводам приёмной катушки.

(смотреть приложение №3)

2.2 Конструкция устройства.

Я нашёл в интернете схему устройства для передачи и приёма  электроэнергии. Устройство состоит из следующих компонентов:

—  Кварцевый генератор,  генерирующий  переменный ток

—  Транзистор -  увеличивает мощность переменного тока

—  Конденсаторы  - накапливают  энергию и выдаёт высокочастотную энергию

—  Катушка   индуктивности - преобразует высокочастотную энергию в электромагнитную энергию

—  Приёмник -  преобразует электромагнитную энергию в электрический ток.

Затем мы с папой сходили в специализированный магазин и купили следующие детали: кварцевый генератор, транзистор, конденсаторы, источник электропитания, светодиод.

Катушки  индуктивности (в качестве антенны излучающий электромагнитное поле и приёмную катушки индуктивности) мне помог намотать папа, для этого мы купили изолированный провод.

 Приёмник я собрал из катушки индуктивности, конденсатора, светодиода (в качестве потребителя электроэнергии).

И тут самое интересное. Строго по схеме (смотреть приложение № 4)  мы расположили все детали на макетную плату. Сначала мы поставили детали, а потом соединили их проводами. Кажется что мы расположили детали хаотично, но это не так. На самом деле внутри макетной платы расположены своеобразные провода. Они проложены поперёк и никак не соединяются между другом. И чтобы соединить детали их надо расположит чётко по схеме и если надо добавить провода.

(смотреть приложение № 5,6,7,8,9)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пока что моё устройство передаёт электроэнергию лишь  на 10-15  сантиметров. Но я буду улучшать прототип. У вас наверное возник вопрос «Почему только маленький светодиод , а не телефон или обычная лампа?» , а потому что это моё первое исследование в этой сфере. И например для зарядки телефона нужно 5 вольт , а приёмник  вырабатывает около 2 вольт. Этого хватает для того чтобы загорелся светодиод.

Моя гипотеза подтвердилась и я смог

передать энергию на расстояние без проводов. И ещё я узнал много интересного. Например кто такой Майкл Фарадей ,какие бывают способы передачи электроэнергии, что вообще можно передать электроэнергию на расстояние без проводов, где используется это, то что многие учёные мира изучают эту тему и пытаются усовершенствовать и ввести  это в эксплуатацию, и не безуспешно . Например компания NOKIA уже создала одну партию телефонов которые заряжаются без проводов. Я надеюсь что в ближайшем будущем люди научатся обходится без проводов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

https://ru.wikipedia.org

http://www.pravda.ru

http://altinfoyg.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение №1

НИКОЛА ТЕСЛА

Приложение№2

ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

приложение №3

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

 

Приложение №4

ДЕТАЛИ

СХЕМА

Приложение №5

УСТАНОВКА СТАБИЛИЗАТОРА

Приложение №6

УСТАНОВКА КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА

Приложение№7

УСТАНОВКА ТРАНЗИСТОРА

Приложение№8

ПРИЁМНИК

Приложение№9

БЛОК  ПИТНИЯ

        СПАСИБО

              ЗА

      ВНИМАНИЕ