Международная научно-практическая конференция школьников «первые шаги в науку» научно исследовательская работа по физике на тему icon

Международная научно-практическая конференция школьников «первые шаги в науку» научно исследовательская работа по физике на тему


7 чел. помогло.
Смотрите также:
Международная научно-практическая конференция школьников и педагогов «Первые шаги в науку»...
Научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку» Научно-исследовательская работа...
Название работы...
Методика исследований рекреационных зон 1 Экологическое состояние парков и скверов...
Научно-практическая конференция школьников «Первые шаги в науку»...
Международная научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»...
Программа Х ii городской научно-практической конференции школьников «первые шаги в науку»...
Районная научно-исследовательская конференция школьников «Первые шаги в науку»...
Районная научно-исследовательская конференция школьников «Первые шаги в науку»...
Районная научно-исследовательская конференция школьников «Первые шаги в науку»...
Бековского района пензенской области исследовательская работа на научно-практическую конференцию...
Научно-практическая конференция учащихся и педагогов «Первые шаги в науку»...



Загрузка...
скачать


МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ «ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКУ»


НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

по физике на тему

«Однопроводная и беспроводная передача электроэнергии на расстояние на основе свойств электромагнитного излучения»


Выполнил учащийся 9 «а» класса

МАОУ Лицея №1 г. Жуковки

Антошкин Герман

Руководитель:

Иванин Алексей Фёдорович,

учитель физики.


Брянск - 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Эксперимент был столь же грандиозным, сколь и опасным. ... Молнии сопровождались громовыми раскатами, слышимыми за 15 миль. Вокруг башни пылал огромный световой шар. Идущие по улице люди испуганно шарахались, с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры...

Человек, устроивший всю эту электрическую фантасмагорию в 1899 году из своей лаборатории в Колорадо-Спрингс, вовсе не собирался пугать людей. Его цель была иной, и она была достигнута: за двадцать пять миль от башни под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов.»

Автором этого эксперимента был югославский учёный-энергетик Никола Тесла. Ещё 100 лет назад на заре освоения электричества ему удалось поставить грандиозные эксперименты, которые, увы, не были оценены его современниками. Ещё до открытия радиоламп и транзисторов он строил приборы, выполняющие самые амбициозные задачи, одной из которых была беспроводная передача электроэнергии.


СОДЕРЖАНИЕ




ВВЕДЕНИЕ

В классической электрической цепи питание к нагрузке всегда подаётся посредством двух проводников, ток в которых течёт в разных направлениях (рис.1). Иными словами, они обеспечивают замкнутость электрической цепи, что, в свою очередь, обеспечивает электрический ток через нагрузку. Этот принцип положен в работу современных систем питания различных устройств.

Однако, существует, казалось бы, невероятная возможность передачи электроэнергии с помощью одного проводника, диэлектрика (!) или вообще без проводников.

Как мы знаем, для того, что бы в цепи существовал ток, необходимо выполнение двух условий: цепь должна быть замкнута и должна присутствовать ЭДС. Но ведь с одним проводником или без него замкнутую цепь мы не получим, а значит, ток в такой системе невозможен!

Тем не менее, такая возможность есть. Более того, ток, текущий по проводнику, не несёт в себе передаваемую электрическую энергию. Система однопроводной передачи электроэнергии основана на абсолютно других принципах, которые автор попытался изложить в этой работе.

^ Цель работы:

Воплотить в реальность и обосновать работу системы однопроводной и беспроводной передачи электроэнергии.

Задачи работы:

  • Обосновать возможность однопроводной и беспроводной передачи электроэнергии на основании физических законов.

  • Описать простейшие системы однопроводной и беспроводной передачи электроэнергии.

  • Привести схемы и конструкции установок для получения высокочастотных электромагнитных полей, описать принципы их функционирования.

  • Построить установки для получения высокочастотных колебаний, продемонстрировать их работу.

  • Поставить эксперименты по однопроводной и беспроводной передачи электроэнергии.

  • Сделать выводы о перспективах применения системы однопроводной и беспроводной передачи электроэнергии в современной энергетике.

  • Предложить высокочастотные установки для использования в образовательном процессе.

Первым учёным, разработавшим подобную систему, был Никола Тесла. Его разработки в начале XX века в этой области были прочно забыты. Только в условиях строжайшей секретности, эксперименты гениального изобретателя были повторены американскими спецслужбами. В конце ХХ - начале XXI века разработки в этой области вели российские учёные – инженер Станислав Викторович Авраменко и академик РАСХН Дмитрий Семёнович Стребков…

В настоящее время во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства под руководством Д. С. Стребкова продолжаются работы над этой задачей (рисунок 2).


Рис. 2. Эксперимент по однопроводной передаче электроэнергии в лаборатории ВИЭСХ.



2.1. Электромагнитное излучение в системе однопроводной передачи электроэнергии

Если сказать электрику о том, что электроэнергию можно передавать по одному проводу, он, скорее всего, в это не поверит. Ну не может течь ток через разомкнутую цепь! А вот если рассказать о такой возможности радиоинженеру или радиолюбителю, его это вряд ли удивит...

Из названия научно-исследовательской работы вытекает, что ведущую роль в системе однопроводной передачи электроэнергии играет электромагнитное излучение.1 Из школьного курса физики нам известно, что таковое возникает вокруг различных проводников или катушек с переменным током. Причём, чем выше частота смены направления тока (электромагнитное поле будет иметь такую же частоту), тем мощность излучения будет больше, что следует из формулы:

,

где – мощность электромагнитного излучения – частота колебаний, – расстояние от источника электромагнитного излучения.

Таким образом, если мы планируем передавать электроэнергию без проводов, посредством электромагнитного излучения, частота генерации должна быть высокой. Для однопроводной системы высокая частота также желательна: изолированный проводник в пространстве имеет достаточно малую ёмкость и индуктивность, что делает его резонансную частоту крайне высокой, а, как известно, максимальный КПД мы получим при наличии наилучшего согласования между каскадами системы, иными словами, проводник войдёт в резонанс с высокодобротным контуром, каковым является проводник.

Теперь уже ясно, что для выполнения нашей задачи нам потребуется генератор высокочастотного электромагнитного поля, задача которого – преобразовать энергию электрического тока в электромагнитное излучение. Следовательно, электромагнитное поле несёт в себе энергию.

Условно скажем, что электромагнитное излучение, несущее в себе энергию, распространяется на некоторое расстояние вокруг активного элемента генератора. Дело осталось за малым: преобразовать электромагнитное излучение в электрическую энергию. Тут нам поможет второй известный постулат об образовании переменного тока в проводнике, внесённом в электромагнитное поле. Этот ток ещё необходимо преобразовать, но это уже «дело техники»...

группа 307212
Как вы могли догадаться, выше описывалась беспроводная передача электроэнергии посредством электромагнитного поля. Изобразим, если можно так выразиться, структурную схему системы на основе наших размышлений (рисунок 3).

Ничего не напоминает? Да, действительно, это – принцип радиопередачи. Ведь именно благодаря электромагнитному излучению (а конкретно, радиоволнам) мы имеем возможность, включив радиоприёмник, услышать голос диктора из далёкого города... Сигналы радиостанций также несут в себе энергию, только в малом количестве, ведь есть необходимость в передаче лишь информации, а не энергии. Тем не менее, известный каждому радиолюбителю детекторный радиоприёмник работает без каких-либо источников питания от «энергии радиоэфира».

Вот так, сразу речь зашла о беспроводной передаче электроэнергии... Напомним, что мощность электромагнитного поля будет ослабевать при увеличении расстояния между передающей и приёмной установкой. Поэтому, плавно перейдём к однопроводной системе...

Представим себе проводник, находящийся в пространстве. Очевидно, его индуктивность, равно как и ёмкость, достаточно малы. Исходя из формулы Томсона

,

определим, что резонансная частота такого проводника высока. Если у проводника есть резонансная частота, то существует возможность возбудить в нём колебания, войдя с ним в резонанс. Для этого непосредственно подключим к оному генератор, частота которого кратна частоте проводника (рисунок 4).

группа 307215
Использование гармонической частоты обусловлено сложностью реализации столь высокочастотного генератора.

Как результат, мы получим в проводнике так называемые стоячие волны тока (да и напряжения тоже), вызванные сложением падающей и отражённой волн, имеющих одинаковую амплитуду (рисунок 5).

группа 307218
Отныне сопротивление проводника стало реактивным, и наша система перестала подчиняться законам, свойственным обычным цепям, в чём мы в дальнейшем убедимся на опытах.

Тем временем, по единственному проводнику протекает переменный ток, вызванный вынужденными колебаниями контура, каковым является проводник, и он протекает ещё и через нагрузку R. Следовательно, и эта система теоретически возможна...

Целью следующих глав работы является экспериментальное доказательство выше сказанного, а также описание нескольких практических конструкций для реализации однопроводной и беспроводной систем.

^ Великий югославский учёный Никола Тесла был первым, кому пришли в голову подобные мысли. Поэтому начнём рассказ с его знаменитой установки...

3группа 307221.1. Трансформатор Тесла и «качер» Бровина. Принципы функционирования высокочастотных установок

Опрямоугольник 2дним из самых известных изобретений Николы Тесла является трансформатор Тесла. В сущности, эта установка является генератором высокочастотных электромагнитных колебаний с высокой амплитудой (порядка нескольких тысяч вольт), что позволяло великому учёному использовать её для своих экспериментов.

О
Рис. 7. Трансформатор Тесла, построенный для этой работы.
братимся к схеме установки (рисунок 6). Генератор G, нагруженный первичной обмоткой повышающего трансформатора Tr, генерирует сигнал относительно низкой частоты. Амплитуда сигнала, благодаря трансформатору Tr, увеличивается до нескольких тысяч вольт. Поскольку частота тока относительно невысока, он успевает зарядить конденсатор С до достаточного значения напряжения на его обкладках, чтобы осуществился пробой в разряднике SG через катушку L1, являющуюся индуктором трансформатора Тесла. В момент пробоя конденсатор С и катушка L1 образуют колебательный контур, резонансная частота которого равна или кратна резонансной частоте катушки L2 с её собственной межвитковой ёмкостью и ёмкостью тороида («воздушного конденсатора»), который обычно устанавливается на верхнем выводе катушки L2. Электромагнитное излучение первого колебательного контура возбуждает колебания во вторичном. Таким образом, благодаря использованию колебательного контура с высокой резонансной частотой и близко расположенной к катушке L1 катушки с большим числом витков L2, данная установка позволяет получить высокочастотный сигнал высокой амплитуды.

Нетрудно заметить, что трансформатор Тесла существенно отличается от обыкновенных индукционных трансформаторов, связь обмоток в нём осуществляется за счёт совпадения резонансных частот, а не индукции...

Для этой научно-исследовательской работы была построена выше описываемая установка (рисунок 7). Включим её и проведём с ней несколько экспериментов.

Поднесём к верхнему выводу катушки вторичного контура изолированный массивный металлический предмет.

Можно будет заметить электрические разряды в металлический предмет, напоминающие молнии. Данный эффект наглядно демонстрирует, насколько велико напряжение, генерируемое трансформатором Тесла. При демонстрации этого эксперимента принимаются меры электротехнической безопасности, несмотря на высокую резонансную частоту (для собранной установки она составляет примерно 200 КГц), частота возникновения электрического пробоя в разряднике, а значит и «подпитка» первичного контура, опасно мала. Форма сигнала на выходе катушки Тесла, представленная на рисунке 8, хорошо иллюстрирует это.


Рис. 8. Форма выходного сигнала катушки Тесла. Отчётливо видны периодичные затухания колебаний, резкие повышения амплитуды возникают в момент пробоя в разряднике.



Теперь поднесём к обмотке катушки вторичного контура неоновую лампу.

Наблюдается её свечение, объясняемое явлением электролюминесценции.

Несомненно, эта установка позволяет провести ещё множество других красивых экспериментов, в том числе и по однопроводной и беспроводной передаче электроэнергии, но в силу её технических особенностей, эти эксперименты будут более наглядно воспроизведены на других установках, также изготовленных для данной работы.


Пгруппа 307225прямоугольник 307228риведённая на рисунке 6 схема была разработана самим Николой Тесла более 100 лет назад, однако продолжает использоваться для демонстраций и сегодня. Нужно отметить, что в схеме не используются ни транзисторы, ни радиолампы, и это неудивительно: во времена Тесла они ещё не были открыты. Однако, на сегодняшний день, когда мы располагаем всеми этими благами радиоэлектроники, существует возможность применить и их. Одна из таких конструкций, больше известная под названием «качер Бровина», пользуется большой популярностью для демонстрации разнообразных проявлений высокочастотного электромагнитного поля.

«
Рис. 10. «Качер Бровина» в практическом исполнении.
Качер» представляет собой транзисторный автогенератор с индуктивной обратной связью, поэтому подробного объяснения схема не требует (рисунок 9). Ввиду своей простоты, работоспособности, доступности компонентов, низкого напряжения питания (стабильно работает, начиная с 6 вольт) схема является самой простой в изготовлении демонстрационной установкой для получения высокочастотного электромагнитного излучения. Нетрудно заметить наличие первичной (L1) и вторичной (L2) катушек, подобных катушкам на схеме трансформатора Тесла. Однако в разных схемах они выполняют разную роль: в схеме трансформатора Тесла они образуют контуры, благодаря совпадению частот которых между катушками возникает резонанс, а в схеме «качера» эти катушки дополнительно обеспечивают обратную связь, обеспечивающую непрерывную генерацию.


группа 44033
Форма сигнала на выходе – синусоида как это и полагается транзисторному генератору (рисунок 11).


Рис. 12.
Как и трансформатор Тесла, этот аппарат был собран для научной работы (рисунок 10). Далее представлены самые «яркие» эксперименты, которые могут быть с ним проведены.

При включении установки на верхнем выводе катушки вторичного контура наблюдается так называемый «фитонный разряд» (рисунок 12).

Это красивое явление вызывается ионизацией находящихся у острия атомов газа свободными зарядами воздуха, разогнанными сильным полем.

Р
Рис. 13. Свечение ЛДС в руке экспериментатора.
азряд даже можно потрогать рукой: он безопасен в силу высокой частоты тока.

Вследствие этого становится возможным продемонстрировать так называемый «ионный двигатель» (S-образное колесо, закреплённое на верхнем выводе катушки вторичного контура, вращается под действием реактивной силы).

Явления электролюминесценции при работе «качера» можно наблюдать наиболее красочно. Поднесём к катушке вторичного контура небольшую лампу дневного света (ЛДС). Без каких-либо проводов, прямо в руке экспериментатора лампа начнёт светиться, причём достаточно ярко (рисунок 13). Ну чем не беспроводная передача электроэнергии? Нужно отметить, что этот эксперимент возможен и с трансформатором Тесла, однако частота электромагнитного излучения у «качера» на порядок выше, что делает опыт более красочным.

Теперь попробуем получить с этой установки нечто более существенное... Как мы знаем, вокруг катушки вторичного контура существует электромагнитное поле. Преобразуем его в переменный электрический ток, надев на неё рамку, состоящую из одного кольцевого витка толстого провода. К разрыву кольца присоединим нагрузку, состоящую из низковольтной лампочки или электромоторчика. Лампочка загорится (рисунок 14), ротор моторчика начёт вращаться... Этот опыт напоминает известный эксперимент с обыкновенным трансформатором с сердечником, однако есть существенное отличие: в проделанном нами опыте для передачи электроэнергии используется электромагнитное излучение, тогда как в обыкновенном трансформаторе это делается за счёт электромагнитной индукции.


Рис. 14. Возникновение тока в рамке.


^ 3.2. Преобразователи высокочастотного тока

Итак, высокочастотный сигнал, обладающий высокой амплитудой, был сгенерирован и отправлен по проводнику или просто в пространство. Теперь возникает задача – преобразовать этот сигнал (а точнее, электромагнитное поле) в электрический ток, способный совершать работу: вызвать свечение лампочки, вращение электродвигателя...

Рассмотрим самый простой способ преобразования электромагнитного поля, наводимого высокочастотным сигналом, который основан на явлении электролюминесценции. Подключив к единственному проводу, идущему от генератора ВЧ, один из электродов люминесцентной или неоновой лампы, а другой электрод к массивному металлическому предмету, наблюдаем свечение лампы...

Згруппа 44043аменим газоразрядную лампу обыкновенной лампочкой накаливания. Если её мощность будет соизмерима с отдаваемой генератором мощностью, лампа порадует нас своим свечением. Наблюдаемое явление довольно легко можно объяснить: через лампу течёт ток, вызванный разностью потенциалов на проводнике и на ёмкости (0).

Рассмотрим более сложную конструкцию – «диодную вилку Авраменко» (рисунок 15). Она представляет собой два диода, обратно подключённых к единственному проводу, идущему от генератора. Свободные выводы диодов замыкаются по переменному току конденсатором. Подключим к обкладкам конденсатора нагрузку (например, низковольтный электромоторчик), и через неё потечёт ток. Ротор начнёт вращаться... Принцип работы банален и подробного объяснения не требует.

П
Рис. 16. Модернизация «диодной вилки»
редыдущую схему можно модернизировать, применив вместо диодной вилки диодный мост (рисунок 16), свободный вывод которого поключив к массивному металлическому предмету. Нужно отметить, что высокочастотный переменный ток, поступающий на вход вилки выпрямляется диодами и на выходе снимается исключительно постоянный.

Ргруппа 44047ассмотрим более совершенную схему (рисунок 17). Несложно заметить, что эта схема напоминает трансформатор Тесла, на индуктор которого нагружена лампочка. Этот метод однопроводной передачи электроэнергии можно назвать «резонансным»: катушка L1 имеет такую же индуктивность, а значит и резонансную частоту, что и катушка генератора. Вступая в резонанс с последней, вокруг L1 образуется электромагнитное поле, которое снимается индуктором L2. За счёт малого числа витков и более толстой проволоки L2 амплитуда поступающего переменного тока падает, и на выводах обмотки образуется приемлемое для выполнения током работы соотношение «напряжение-ток».


Рис. 18. Практическая реализация «резонансного» преобразователя.


^ 3.3. Однопроводная передача электроэнергии. Серия финальных экспериментов

Для исследовательской работы был изготовлен маломощный макет системы однопроводной передачи электроэнергии.

Д
Рис. 19. Однопроводная передача электроэнергии.
ве установки расположим на значительном расстоянии друг от друга. Подадим напряжение питания на генератор, установим в нагрузку преобразователя лампочку. Свечением лампочки окончательно подтверждается возможность однопроводной передачи электроэнергии (рисунок 19).

Установим в разрыв связывающего проводника резистор. Отметим тот факт, что лампочка горит с неизменной яркостью, сопротивление проводника не влияет на количество передаваемой энергии!

^ Система не подвластна закону Ома! На практике это позволит значительно сэкономить на материале, из которого изготовлен проводник.

Разорвём связывающий установки проводник и свяжем его узлом. Теперь, казалось бы, гальванической связи нет, лампочка должна погаснуть... Однако, нет, она продолжает светиться, пусть не так ярко...

А всё дело в электромагнитном поле, которое распространяется вдоль этого проводника. Именно оно возбудило в «оторванном» куске провода переменный электрический ток, который потёк дальше к приёмнику.

Понаблюдаем за этим свойством более наглядно. Для этого нам потребуется длинный проводник, настолько длинный, насколько позволят размеры аудитории. Один из его концов подключим к выходу генератора. Теперь электромагнитное поле распространилось вдоль этого проводника. Установим этот факт, используя газонаполненную лампу (как мы помним, высокочастотное электромагнитное поле вызывает её свечение). Лампа, б
удучи поднесённой близко к проводнику, начнёт светиться (рисунок 20)... Вот вам снова однопроводная передача электроэнергии.


Рис. 10. Демонстрация наличия электромагнитного поля вокруг проводника.
Ещё один интересный эксперимент, который можно включить в эту главу: передача электроэнергии через диэлектрик. В сосуд с дистиллированной водой поместим провод, идущий от генератора и провод, идущий на преобразователь. Включим установку, лампа загорится!

^ 3.4. Несколько слов о беспроводной передаче электроэнергии

Очевидно, передача электроэнергии без проводов является ещё более сложной задачей, чем передача по одному проводу. Рассмотрим 3 варианта её реализации.

Вспомним, что однопроводная переда электроэнергии была основана на преобразовании электрического тока в электромагнитное поле в передатчике и обратного преобразования в приёмнике. Образно говоря, единственный проводник служил только «направляющим» для электромагнитного поля.

Ликвидируем проводник. Если при его присутствии электромагнитное поле распространялось вокруг всего, что находилось близ него, то теперь оно присутствует только вокруг катушки передатчика.

Поднесём к катушке изолированную металлическую пластину. К пластине подсоединим один вывод лампочки, к другому её выводу небольшой отрезок провода, никуда не подключённого, служащего уединённой ёмкостью.

Включим установку. Излучаемое ею электромагнитное поле вызовет вихревые токи в пластине. На выводах лампочки образуется разность потенциалов: вихревые токи с одной стороны и уединённая ёмкость (0) с другой. Лампочка порадует нас своим свечением.

Следующий способ – резонансный. Поднесём к катушке генератора такую же катушку с такой же индуктивностью, вокруг которой намотан индуктор из нескольких витков толстой проволоки, нагруженная на индуктор лампочка загорится (рисунок 21).

Произошло следующее: поднесённая катушка вошла в резонанс с катушкой генератора, вокруг неё также образовалось электромагнитное поле, которое вызвало в индукторе приемлемое для свечения лампочки сочетание «напряжение-ток».

И, наконец, третий метод, самый загадочный и амбициозный. ^ Передача электроэнергии через землю была предложена более 100 лет назад Николой Тесла, однако достоверно неизвестно, удалось ли кому-либо воплотить эту идею в жизнь... Теоретически, если согласовать генератор высокочастотных токов с планетой, можно вызвать в ней стоячие волны, как это удаётся сделать в простом проводнике.

Если верить книгам и журналам, Тесла сумел это сделать в 1903 году, однако проблемы с финансированием и непризнание современников заставили его оставить эту идею. Великий учёный счёл опасным предоставлять «сильным мира сего» мощь установки, построенной для беспроводной передачи электроэнергии – башни в Ворденклифе (рисунок 22).

В 1917 году башня была взорвана. С тех пор никто не пытался повторить подобный эксперимент...


^ 4.1. Перспективы использования системы однопроводной и беспроводной передачи электроэнергии на расстояние. Её преимущества и недостатки

На опытах мы могли убедиться, сколь революционными являются эти методы передачи электроэнергии. В этой главе представлены некоторые варианты применения системы на практике.

Применение системы непосредственно для передачи электроэнергии на расстояние. Преимущества системы налицо:

  • ^ Снижение затрат на производство высоковольтных кабелей, значительная экономия цветных металлов. В применяемой ныне трёхфазной системе электропередачи требуются 4 силовые жилы, в однопроводной, естественно, одна. Кроме того, толщина этой проводящей жилы не оказывает существенного влияния на КПД системы. И, наконец, нет необходимости использовать дорогостоящие металлы для изготовления этой линии, её сопротивление, от этого зависящее, не влияет на количество передаваемой электроэнергии, в чём мы убедились на опытах.

  • ^ Почти полное отсутствие джоулевых потерь энергии в проводах. Свойства системы позволяют передавать большое количество электроэнергии практически без потерь на линии, чего не скажешь о нынешних линиях электропередачи.

  • ^ Невозможность коротких замыканий и пожаров на линии. С единственным проводом не возникает проблем, тогда как на нынешних линиях электропередачи случаются аварии, вызванные погодными условиями.

  • Дешевизна прокладки однопроводной линии. Нет необходимости устанавливать стальные опоры и использовать тяжёлую технику. Такую линию можно совершенно безболезненно проложить под землёй.

  • Возможность использования в местах, где постройка стационарных линий затруднена или отсутствует необходимость продолжительного её использования.


Рис. 23. Схема реализации однопроводной передачи электроэнергии.





Однопроводное освещение.

  • Быстрая и лёгкая установка систем освещения на базе однопроводной линии. Благодаря единственному питающему проводу систему освещения собрать гораздо проще и быстрее, проблем с её эксплуатацией значительно меньше, чем при использовании двухпроводной системы.

  • Возможность вызывать свечение газоразрядных ламп без использования всякого рода преобразующих схем и пусковых устройств значительно уменьшит затраты в производстве такой системы.




Рис. 24. Система однопроводного уличного освещения

на озере Селигер.


Экологичный транспорт. Этот достаточно перспективный метод основан на наличии вокруг проводника с током электромагнитного поля. Суть его такова: под дорожным покрытием проложена система проводников, подключённых к высокочастотному генератору, вокруг этих проводников образуется электромагнитное поле. На транспортные средства устанавливаются элементы приёма, преобразования и управления энергией электромагнитного поля. Таким образом, мы получаем экологически чистый транспорт, работающий от электричества, не требующий подзарядки...

  • ^ Прекращение газового и шумового загрязнения. Электромотор работает тихо, вредные выхлопы отсутствуют.

  • Уменьшение массы транспортных средств.

Хотя преимуществ не так уж много, но, согласитесь, они значительны...

Столь перспективный проект имеет и недостатки:

  • Сложная реализация системы учёта потреблённой электроэнергии.

  • Массовая остановка транспорта из-за сбоя в системе электроснабжения.



Теперь, когда мы знаем об этих перспективных идеях, невольно возникает вопрос, почему же эти технологии до сих пор не внедрены? Причин этому несколько. Одна из них – как это часто бывает, недостаточное финансирование российской науки, вторая – наличие у системы некоторых изъянов. Хотя и в некоторых случаях ими можно пренебречь.

Первый недостаток системы – возможные нарушения в работе радиоаппаратуры, средств связи, вычислительной техники. Особенно эта проблема касается радиоэфира: при работе таких мощных установок непременно возникнут помехи на определённых частотах, что может нарушить как гражданские, так и государственные системы связи. В справедливости этого опасения можно убедиться на опыте: включив высокочастотную установку, услышим искажения звука в средневолновом радиоприёмнике. К вычислительной технике установка также беспощадна: микрокалькулятор теряет работоспособность вблизи установки (рисунок 25). Возникающие в его проводниках токи буквально «сводят с ума» микросхему.

В
Рис. 25. Микрокалькулятор теряет свою работоспособность в сильном электромагнитном поле.
торой и, пожалуй, самый существенный недостаток – неисследованное влияние высокочастотного электромагнитного поля на биологические организмы. Говорят, Тесла создавал медицинскую технику на основе высокочастотных установок, и тем не менее вряд ли можно назвать генераторы высокочастотного электромагнитного поля безопасными для человека...

^ 4.2. Применение высокочастотных установок в образовательном процессе

Среднестатистический современный школьник знает о деятельности Николы Тесла лишь по нескольким просмотренным художественным фильмам, где фигурирует имя великого учёного. К сожалению, в школьном курсе физике по каким-то причинам не предусмотрено изучение столь интересных экспериментов, каковыми изобилует настоящая работа...

Для работы были собраны 3 установки, которые смогли бы в дальнейшем стать демонстрационным оборудованием для изучения некоторых явлений. Эти опыты можно отнести не только к демонстрации возможности однопроводной и беспроводной передачи электроэнергии, но и к широкой теме об электромагнитном поле. Автор работы уверен, опыты с проявлениями электромагнитного поля, как правило, яркие и запоминающиеся, что позволит учащимся лучше понять и запомнить материал.

Итак, вот что можно продемонстрировать касательно школьной программы:

  1. Явление электролюминесценции

  2. Свечение благородных газов в высокочастотном электромагнитном поле (рисунок 26)

  3. Возникновение переменного тока в проводнике, находящемся в электромагнитном (переменном электрическом) поле

  4. Явление ионизации воздуха

  5. Реактивная сила

  6. Возникновение электромагнитного поля вокруг проводника с током

  7. Искусственная молния – высоковольтный разряд

Естественно, этот список можно пополнить другими экспериментами, нерассмотренными в этой работе.

25.02.2012. Автором и руководителем работы Германом Антошкиным и Алексеем Фёдоровичем Иваниным был проведён урок в 9А классе с демонстрацией некоторых экспериментов из данной работы (рисунок 27).



Рис. 26. Свечение благородных газов.

Рис. 27. Урок физики с одной из демонстрационных установок.


Заключение

Целью этой научно-исследовательской работы ставилось не проведение расчётов и проектирование установок для практического применения, а всего лишь наглядная демонстрация возможности описываемого метода... Так или иначе, последний опыт поставлен, последняя страница дочитана, настало время огласить итоги проведённой работы.

Однопроводная передача электроэнергии вполне реализуема. Её применение в электроэнергетике существенно снизило бы затраты как на постройку линий электропередачи, так и на процесс передачи электроэнергии. Помимо непосредственной передачи электроэнергии, описываемая система нашла бы множество иных применений, таких, как создание экологичного транспорта и простых в монтаже систем освещения. Однако у системы есть недостатки, которые предстоит решить научным работникам... Демонстрационные высокочастотные установки могут быть использованы в образовательном процессе.



Учёные разных национальностей в разное время трудились над одной незначительной, но в тоже время перспективной задачей... В данной работе автор попытался пролить свет на их малоизвестные труды. Зрелищные эксперименты наглядно продемонстрировали возможность реализации одной из множества бредовых идей...



Литература

  1. Стребков Д. С. Резонансные методы передачи электрической энергии. М.: ВИЭСХ, 2006.

  2. Никола Тесла. Лекции и статьи. М.: Tesla Print, 2003.

  3. Утраченные изобретения Николы Тесла. М.: Яуза : Эксмо, 2009.

  4. Исследование резонансной системы передачи электрической энергии // Информационные ресурсы России. 2011. №3. С. 21 – 24.

  5. Об однопроводной системе передачи силовой электрической энергии // Сборник научных трудов НГТУ. 2011. № 2(64). С.123 – 134.

  6. Тунгусский эксперимент // Издание Российского Клуба Радиооператоров Малой Мощности. 2008. № 24. С.12 – 16.

  7. www.viesh.ru

  8. www.teslacoil.ru

  9. www.teslatech.com.ua


Приложение








Гистограмма, отображающая сравнение некоторых параметров трёхфазных и однопроводных систем передачи электроэнергии.

О воздействии электромагнитных полей на биологические организмы по материалам Центра электромагнитной безопасности.



1 Справедливости ради, нужно отметить, что систему передачи электроэнергии можно реализовать на абсолютно других свойствах...





Скачать 241.57 Kb.
оставить комментарий
Дата25.04.2012
Размер241.57 Kb.
ТипИсследовательская работа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо
  2
средне
  1
хорошо
  2
отлично
  21
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх