Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 304.02 Kb.
|
| VII ЕЖЕГОДНЫЙ ВСЕРОССИЙСКИЙ КОНКУРС ДОСТИЖЕНИЙ ТАЛАНТЛИВОЙ МОЛОДЁЖИ «НАЦИОНАЛЬНОЕ ДОСТОЯНИЕ РОССИИ» _______________________________________________________ Секция: ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО Тема: Использование мускульной силы человека для получения и накапливания электрической энергии при помощи велотренажера с параллельным положительным эффектом восстановления и развития физического ресурса человека. Автор: Пономарев Валентин Руководитель проекта: Стариков Алексей Владимирович Научный руководитель: Сайбединов Александр Геннадьевич Место выполнения работы: ОГАОУ «Губернаторский Светленский лицей», Томская область, Томск, Светлый пос. 2012 -2013 СОДЕРЖАНИЕ
Введение Развитие цивилизации неразрывно связано с потреблением энергии. И чем более развита цивилизация, тем больше ей требуется энергии. В связи с этим возникают естественные вопросы: что такое энергия; как ее получить, хранить и эффективно использовать; каковы источники и запасы энергии и т.п. Основную долю энергии в современной экономике добывают из источников, запасы которых рано или поздно закончатся и человечество ждет энергетический кризис и военные конфликты из-за остатков, если заранее не побеспокоиться о разработке новых альтернативных источниках энергии. Идеальным источником энергии было бы безопасное в использовании устройство, работающее на бесконечном (или постоянно пополняемом из любой окружающей среды) запасе топлива без вредных отходов и излучений. С того момента, когда человек научился добывать огонь, ученые изобретают все более изощренные способы получения и хранения энергии. Энергетика является основой для всех отраслей промышленности, которая в свою очередь неблагоприятно влияет на окружающую среду и самого человека. Одной из причин медленного развития альтернативной энергетики в России я считаю слабую научную базу, которая должна закладываться еще на школьном уровне, но в современной общеобразовательной школе нет необходимых структур, способных формировать научное мышление, прививать интерес к науке и готовить будущих молодых ученых. На уроках физики или химии вряд ли можно изучить необходимый материал и глубоко погрузиться в интересующую проблему. У нас в лицее создана такая структура – это школьные научные лаборатории, в которых изучаются проблемы, действительно являющиеся глобальными и актуальными для мирового научного сообщества. Например, лаборатория изучения космического пространства и иных форм жизни, лаборатория изучения резервов долголетия человеческой жизни. Лаборатория, в которой я занимаюсь, исследует новые альтернативные источники энергии. Вместе с группой единомышленников я занимаюсь практическим использованием современных технических достижений для получения энергии из возобновляемых источников, а также накоплением и сохранением этой энергии. Объект исследования: Энергия. Предмет исследования: Устройства преобразования различных видов энергии в электрическую энергию, а также устройства для длительного хранения энергии. Цель исследования: Создать комплекс устройств для получения и накопление возобновляемой энергии. Глава 1. Анализ существующих технологий получения энергии. В толковом словаре Ожегова энергия определяется как свойство материи двигаться и совершать работу [1]. В физике энергию подразделяют на механическую, тепловую (внутреннюю), электромагнитную, гравитационную и ядерную. Кроме этого, энергетические ресурсы делят на возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым относятся: солнечное излучение, ветер, течение рек, приливы и отливы, геотермальные источники, древесина (биомасса), т.е. энергия природных процессов, которые непрерывно происходят в масштабах всей планеты. К невозобновляемым ресурсам относятся природные запасы, которые образуются или восстанавливаются гораздо медленнее, чем расходуются: уголь, нефть, природный газ, торф, ядерное горючее. Н  ефть - природное ископаемое, энергоноситель, легковоспламеняющаяся жидкость, которая находится в горных породах на глубине от нескольких метров до нескольких километров. П Темпы добычи нефти в Мире (1859-2100 гг.) о некоторым оценкам 90% добываемой нефти используется в качестве топлива для транспорта. Еще одним серьезным потребителем является химическая промышленность, использующая нефть в качестве основного сырья. Можно по-разному относиться к прогнозам относительно запасов угля, нефти и газа, но рано или поздно эти запасы обязательно закончатся. Уже в наше время возникают военные конфликты, целью которых является контроль нефтяных месторождений. Учитывая рост потребления энергии и ограниченность запасов энергоресурсов становится очевидным тот факт, что необходимо переходить на возобновляемые и экологически безвредные источники энергии, либо исследовать еще неизвестные науке источники энергии. Уже сейчас дальновидные разработчики выпускают гибридные двигатели для автомобилей, в которых сочетается классический бензиновый двигатель внутреннего сгорания с электродвигателем, питающимся от аккумуляторных батарей. Электрическая энергия является самой эффективной для преобразования в другие виды энергии, для передачи ее на расстояние, а также для длительного хранения. Современная промышленность, средства связи, транспорт и даже повседневный быт человека тесно связаны с электрической энергией, без которой сложно представить дальнейшее развитие человеческой цивилизации. Основными промышленными источниками электроэнергии являются ГЭС, ТЭС, АЭС. Г  идроэлектростанции (ГЭС).ГЭС преобразуют кинетическую энергию падающей воды в электрическую при помощи турбин и связанных с ними электрогенераторов. На долю ГЭС приходится около 19% всей вырабатываемой энергии на Земле (источник - Википедия). Несмотря на то, что используется неисчерпаемый ресурс, имеются и вредные побочные воздействия. Затопление больших территорий на месте установки плотины приводит к изменению экологического микроклимата, нарушается судоходность рек и миграция промысловых пород рыб. На малых реках используются бесплотинные ГЭС небольшой мощности. Десятка крупнейших ГЭС Мира (источник - Википедия):
К  сожалению, на местности, где находится наш посёлок, нет никаких водных источников или рек. Нами рассматривается идея использовать систему водоснабжения здания. Для этих целей мы модифицировали обычный водосчетчик так, чтобы он работал как электрогенератор, приводимый в действие течением воды в трубе. На вращающуюся часть счетчика (ротор) крепятся магниты, сверху размещаются катушки (статор). Можно установить генератор на питьевой фонтанчик и в момент его использования осуществлять светодиодную подсветку. Пока генератор находится на этапе разработки.Тепловые электростанции (ТЭС).  ТЭС вырабатывают электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (уголь, нефтепродукты, природный газ). Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора. ТЭС можно строить в любой местности, обеспечив непрерывную доставку топлива. ТЭС вырабатывает около 70% всей энергии в мире. К основным недостаткам ТЭС можно отнести расходование невозобновляемых энергоресурсов и загрязнение атмосферы продуктами сгорания топлива. С одной стороны ТЭС являются простыми в строительстве и эксплуатации, но при этом не экономными и не эффективными в сравнении с другими видами электростанций.А  томные электростанции (АЭС).В атомном реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов выделяется тепло, а затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. АЭС работает на ядерном горючем (в основном это редкие изотопы урана и плутония). При делении 1 г высвобождается 22 500 квт/ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Первая атомная электростанция была построена в 1960 году, и уже через десять лет их было 116. На сегодняшний день в мире существует более 450 действующих ядерных реакторов, которые производят 350 гигаватт электроэнергии. Большая часть из реакторов находится в США – 104, в России их всего 29. К основным недостаткам АЭС можно отнести сложную конструкцию и нерешенную проблему утилизации радиоактивных отходов. Рядом с Томском до 2008 года действовала АЭС. С одной стороны я понимаю, что это источник, способный обеспечить энергией не только наш город. С другой стороны, в случае аварии могут пострадать люди на огромной территории, и след от этого останется на многие поколения людей. Существует ли 100% гарантия безопасности ядерного производства? ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Б  азовым элементом во всех перечисленных выше источниках электроэнергии является электрогенератор, который (согласно закону электромагнитной индукции Фарадея) преобразует механическую энергию вращения в электрическую энергию. Генератор - (лат. generator «производитель») прибор, преобразующий какой-либо вид энергии (химическую, тепловую, световую, механическую) в электрическую. В упрощенном виде в генераторе можно выделить следующие части: а) индуктор - магнит или электромагнит, создающий магнитное поле; б) якорь - обмотка, в которой при изменении магнитного потока возникает индуцированная ЭДС; Вращающаяся часть называется ротором генератора, а неподвижная его часть - статором. От характеристик генератора в первую очередь зависит эффективное преобразование любой механической энергии в электрическую. Коэффициент полезного действия (КПД) современных генераторов обычно составляет 50%, часть энергии расходуется на трение в шкивах и подшипниках. В последнее время большое внимание уделяется разработке и созданию генераторов с возбуждением от постоянных магнитов. Интерес к этому классу генераторов обусловлен их лучшими энергетическими показателями, простотой конструкции, большим сроком службы, надежностью, способностью работать при высоких частотах вращения в тяжелых условиях эксплуатации.  Наша лаборатория также пыталась сделать малооборотистый генератор на постоянных магнитах. За основу были взяты редкоземельные магниты - сильные постоянные магниты, сделанные из сплавов редкоземельных элементов. Наиболее часто используемыми редкоземельными металлами, применяемыми в магнитах, являются неодим и самарий. Такие магниты стоят гораздо дороже обычных. Пока наш опытный образец не выдает запланированных результатов. Но мы стараемся усовершенствовать нашу модель. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
