Можно ли передать электричество без проводов?

XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Можно ли передать электричество без проводов?

Милюшенко Р.А. 1Нурлиева А.Б. 1
1Негосударственного (частного) общеобразовательного учреждения (НОУ) гимназии «Школа бизнеса»
Петренко Е.В. 1
1Негосударственного (частного) общеобразовательного учреждения (НОУ) гимназии «Школа бизнеса»
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Электричество всегда привлекало людей, в настоящее время человечество не может представить свое существование без электроэнергии. Благодаря электричеству работает бытовая техника, промышленность, медицинские устройства. Электричеством называют направленное движение заряженных частиц. В металлах этими частицами являются электроны, открытые в конце 19 века. Было установлено, что при движении электронов вокруг проводников с током создаётся магнитное поле. Это физическое явление использовалось во многих опытах великого учёного Николы Тесла, который всю свою жизнь посветил научным исследованиям в области электротехники. С помощью своих изобретений Тесла хотел доказать всему миру, что передача электроэнергии возможна и без наличия проводов. Он был способен включать и выключать электродвигатель на расстоянии, электрические лампочки загорались сами по себе в его руках. Современным ученным удалось достичь трехсот миллионов ампер, и то на доли секунды.

Актуальность: изобретение Теслы по сей день привлекает многих своей загадочной природой, эффектным зрелищем и историей своего изобретателя. 

Цели: выяснить, можно ли передать электричество без проводов; выяснить, что такое «Катушка Теслы», сферы ее применения и принцип работы.

Задачи:

  1. Узнать, что такое электричество

  2. Разобраться с устройством катушки Теслы

  3. Понять принцип её работы.

  4. Сделать свою собственную мини-катушку Теслы

  5. Проверить её работоспособность.

Гипотеза: Предположим, что в домашних условиях можно передать электричество без проводов.

Глава 1. Электричество в жизни человека

Электричество так давно и прочно вошло в нашу повседневность, что, кажется, будто оно было открыто во время изобретения колеса, а может даже и раньше. Популярность использования электрической энергии объяснить очень просто: именно электричество приводит в движение различные механизмы и станки, электротранспорт и всевозможную бытовую технику.

    1. Из чего состоит любое вещество?

Мы узнали, что любое вещество состоит из молекул, в состав которых входят маленькие частички – атомы, вокруг которых двигаются сгустки энергии – отрицательно заряженные частицы – электроны.

    1. Что такое электрический ток?

Электричеством называют подвижный поток электронов.

Электрический ток похож на реку, которая, разливаясь на множество ответвлений, питает электроприборы. Но перед тем, как направить этот поток заряженных частиц, их нужно как-то добыть.

Над этим вопросом бились лучшие умы прошлого тысячелетия, но первым смог сделать прорыв итальянский ученый — Алессандро Вольта, который в 1800 году изобрел первую батарею, получившую название «Вольтов столб», тем самым подарив миру надежный источник постоянной электроэнергии. В благодарность за такое открытие фамилия ученого была увековечена, и с того времени напряжение тока измеряется в вольтах.

    1. Откуда берется электричество?

Несмотря на то, что «Вольтов столб» и совершил прорыв в науке того времени, за последующие 200 лет была сделана уйма более глобальных открытий и выявлено множество способов добывать электрический ток, для которых построены огромные сооружения и используются новейшие технологии! А теперь по порядку.

Электрический ток вырабатывается с помощью специальной машины - электрогенератор.

Посмотрим, как он работает.

Неподвижная часть состоит из двухполярного магнита, внутри него вращается ротор, это цилиндр, обмотанный медной проволокой.

  

А ротор вращает механическая сила. Вращение ротора внутри магнита приводит к постоянной смене полярности магнита, и электроны в медной проволоке приходят в движение.

  

Так рождается электрический ток.

  

Но возникает вопрос: а какая механическая сила вращает ротор?

Существует несколько способов, чтобы заставить ротор вращаться. А именно: механическая сила, вырабатываемая с помощью пара от кипения воды.

ТЭС — тепловая электростанция

Огромный котел с водой присоединен к электрогенератору,

  

в котором нагревают воду до температуры четыреста градусов Цельсии. Вода превращается в пар, который давит на лопатки, а они уже с огромной силой раскручивают ротор. Воду нагревают с помощью угля или нефти. Этот способ применяют на теплоэлектростанциях.

  

На тепловых электростанциях не только вырабатывается электрический ток, горячая вода

  

отправляется в жилой сектор, чтобы попасть в водопровод и систему отопления.

  

Далее учёные изобрели более энергоэффективный способ нагрева воды – с помощью Урана – двести тридцать пять.

АЭС — атомная электростанция

Огромнейшее количество энергии выделяется при расщеплении ядра урана.

  

Именно эта энергия с быстрой скоростью нагревает воду, а полученный пар вращает ротор. Этот способ является более экономичным.

  

Из десяти килограммов урана получают такое же количество энергии, как из девятисот тридцати вагонов угля или шестисот тридцати цистерн с нефтью.

  

Это уже атомные электростанции. Этот способ является опасным из-за повышенной радиации, но на атомных электростанциях учёными разработаны все схемы защиты.

  

Также существует способ без нагрева воды, но также с участием воды. В этом случае применяется механическая сила потока воды.

ГЭС — гидроэлектростанция

Это гидроэлектростанции, на которых строят целую цепь сооружений, чтобы создать сильнейший напор воды,

  

который и заставляет двигаться лопатки (лопасти),

  
 

а они в свою очередь раскручивают ротор.

  

Ветряные станции

По такому же принципу в древности запускали огромные механизмы, но с помощью ветра, так называемые ветряные станции.

Ветер толкает огромные лопасти,

  

а они запускают в работу ротор генератора, а он уже, как мы знаем на примере первых трех электростанций, и вырабатывает ток.

  

Производительность ветряных станций очень мала.

  

После того, как электростанции выработают ток, он по проводам передаётся потребителям.

Но как же у тока получается запустить в работу электрические устройства? Для наглядного понимания возьмем за основу обычную лампу накаливания и вернемся к нашим маленьким частицам.

Когда электроны с невероятной скоростью проходят по спирали лампочки, они постоянно наталкиваются на атомы металла, из которых состоит спираль. Атомы раскачиваются, и их температура сильно поднимается.

В современных устройствах — мобильных телефонах, телевизорах, микроволновых печах — задействованы более сложные схемы, но принцип остается таким же: из-за быстрого потока частиц атомы проводников нагреваются, отчего и выделяют энергию и запускают в работу приборы.

Конечно же, электричество — важное и незаменимое изобретение для всего человечества. С его помощью люди:

- сделали и ежедневно делают уйму открытий; лечат смертельные в прошлом болезни;

- ездят на электротранспорте, не загрязняя окружающую среду выхлопными газами;

- могут путешествовать по миру, узнавать и видеть достопримечательности не выходя из дома!

Вернёмся к теме нашей исследовательской работы. А можно ли электричество передать без проводов? Прибор нашего исследования – это катушка Теслы. Это устройство, изобретённое Николой Теслой и носящее его имя, разработано, чтобы передавать электрическую энергию на расстояние без проводов.

Глава 2. Сборка катушки Теслы

2.1. Из чего состоит катушка Теслы?

В своей практической части мы собирали катушку Теслы. Для этого нам понадобились:

  • Макетная плата

  • Резистор

  • Транзистор

  • Колодка для «Кроны»

  • Конденсатор

  • Неоновая лампочка и газовая лампочка

  • Трубка пластиковая

  • Тонкая проволока

  • Батарея «крона»

  • Скотч просто и двухсторонний

  • Наждачная бумага

  • Картонный корпус

Ножницы

  

2.2. Последовательность действий при сборке катушки Теслы

  1. После подготовки к работе, с помощью взрослых, мы зачистили концы толстой проволоки от изоляционного лака на 1-2 см. Для этого нам понадобилась наждачная бумага.

  2. После зачистки необходимо было загнуть концы этой проволоки примерно на 1 см на 90 градусов, так как показано на схеме. В итоге толстая проволока образовала 2 витка. Это первичная обмотка.

  3. Затем мы укоротили ножку резистора до 1 см (с помощью взрослых), после чего приступили к сборке схемы на макетной плате. Расположив плату так, чтобы выступы были сверху и снизу, вставили концы толстого провода в 3 и 5 отверстия 1-го ряда. Ножки транзистора подключили в 1, 2 и 3 отверстия 2-го ряда. Резистор подключили во 2 и 5 отверстия 3-го ряда. Затем подключили конденсатор. Вставили более длинную ножку в 5 отверстие 4-го ряда, более короткую в 1 отверстие 4-го ряда.

  4. Чтобы катушка Теслы работала, необходимо подключить ее к источнику питания. Для этого мы взяли колодку и оголили концы проводов, оголенную часть провода скрутили в спираль и ту часть провода, которая без изоляции, согнули пополам, красный провод подключили в 5 отверстие 5-го ряда, а черный провод – в 1 отверстие 5-го ряда. После подключения колодки, наклонили конденсатор таким образом, чтобы он торчал не вниз, а вбок. Все элементы были вставлены максимально глубоко и таким образом, чтобы не касались друг друга.

  5. Далее мы приступили к сборке вторичной катушки. Для этого мы взяли катушку и закрепили на ней скотч, для фиксации проволоки и на расстоянии 2-3 мм от края катушки. Обмотав плотно в 1 ряд проволокой катушку, мы зафиксировали проволоку на катушке и оставили примерно 10 см торчащими.

  6. Вторичная катушка готова.

  7. Для того, чтобы устройство работало, необходимо подготовить вторичную катушку к подключению. Для этого мы зачистили конец проволоки на вторичной катушке на 1-2 см от изоляционного лака. Затем наклеили на двухсторонний скотч вторичную катушку к батарейке «крона», так чтобы оставленный кусочек проволоки был со стороны ближе к батарейке.

  8. Затем мы надели первичную катушку на вторичную. Торчащий проводок вторичной катушки подключили во 2 отверстие 3-го ряда (туда же, где находится одна из ножек резистора) и закрепили кусочком скотча на корпусе платы.

  9. Подключив колодку к контактам батарейки, мы запустили катушку Теслы. Чтобы убедиться, что она работает, мы взяли за ножку лампочку и поднесли ее ко вторичной катушке, лампочка засветилась без проводов, просто в руках.

  10. После того, как мы убедились, что все работает, и лампочка загорелась, мы приступили к сборке подставки.

  11. Катушка Теслы готова.

   
   
   
   
   
   

2.3. Применение изобретения Теслы

Изобретение Николы Тесла было и остается популярным в медицине. Всем известно, что высокочастотные токи, проходя по верхнему слою кожи, не наносят практически никакого ущерба организму человека, а наоборот оказывают тонизирующие и оздоровительное влияние.

Тем не менее, основное применение катушки Тесла в наше время — познавательно-эстетическое.

На данный момент существует несколько разновидностей катушки Теслы.

В наши дни катушка не имеет широкого практического применения. Она изготавливается чаще всего для демонстрации эффектов.

Это Стримеры - светящиеся тонкие разветвлённые нити.

Спарк — это искровой разряд.

Коронный и дуговой разряды — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение.

Также эффекты катушки Теслы используются в фильмах, компьютерных играх, в музыкальном искусстве.

Заключение

В ходе проведения исследовательской работы нами была изучена схема катушки Теслы и произведена сборка. С помощью катушки было проведено несколько экспериментов.

Был получен стример длиной в 7 см, светились люминесцентные лампы и лампы накаливания, металлическая линейка не нагревалась, а деревянная палочка начинала гореть. Бумага в считанные секунды вспыхивала.

Проделанные нами опыты доказывают возможность передачи электроэнергии беспроводным способом. Катушку Тесла можно использовать в качестве демонстрации на уроках физики. Гипотеза доказана.

Использованные источники и литература

1. К. Гиффорд, М.Голдсмит, Ш.Гэллери. "Современная детская энциклопедия", Москва ЭКСМО 2010г.

2. М.Ди Специо, Занимательные опыты "Электричество и магнетизм", АСТ Астель, Москва 2005г.

3. Образцов П. Никола Тесла: Правда и ложь о великом изобретателе. М., 2009.

4. Фейгин О. Никола Тесла: Наследие великого изобретателя. М, 2012.

5. О'Нил Д. Электрический Прометей

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/Трансформатор_Тесла

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Тесла,_Никола

8. http://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/izobretenija_tesla/5-1-0-339

9. http://www.chipdip.ru

Просмотров работы: 0