Энергетика глазами учащихся средних общеобразовательных учреждений

Группа авторов, 2017

В сборнике представлены статьи учащихся средних общеобразовательных учреждений Алтайского края, принявших участие в работе краевой научно-практической конференции с международным участием «Энергетика глазами молодых» в рамках II Всероссийского фестиваля по энергосбережению «#ВместеЯрче». Конференция проходила с 24 апреля по 5 мая 2017 года в ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» на базе энергетического факультета и кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» при участии Краевого государственного бюджетного учреждения дополнительного образования «Краевой центр информационно-технической работы» (КЦИТР) и организационной поддержке Методической школы им. О. И. Хомутова. Материалы изданы в авторской редакции.

© ООО «МЦ ЭОР», 2017

© С. О. Хомутов, В. Я. Федянин, И. А. Гутов, В. И. Сташко, 2017

* * *

Разработка модели электростатического генератора на основе капельницы кельвина

Быкова А. А. — ученик 11 класса, Бабанина Н. А. — учитель физики. РФ, Алтайский край, Славгородский район, г. Славгород, МБОУ «СОШ № 15»

В связи с нарастающей энергетической проблемой, значительный интерес представляет разработка способа использования энергии электростатического поля, созданного естественной электризацией материалов в условиях их эксплуатации.

Энергия электростатического поля может использоваться для питания маломощных или работающих в импульсном режиме устройств, например: наручные часы, фонарик для освещения, сотовый телефон, аккумуляторы и другие современные спутники активной деловой жизни человека.

Цель данной работы состояла в том, чтобы разработать модель электростатического генератора, работающего на основе капельницы Кельвина.

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

— изучить опубликованные экспериментальные и теоретические работы по сборке электростатических генераторов, работающих на основе капельницы Кельвина;

— собрать необходимые материалы для создания данного электростатического генератора;

— разработать конструкцию и собрать модель электростатического генератора;

— исследовать условия работы генератора и влияние внешних факторов на его работоспособность;

— проанализировать результаты и сделать выводы.

Практическая значимость. Конструкция модели электростатического генератора несложная, что позволяет собрать действующую модель в домашних условиях, с применением простых и недорогих материалов. Его неоспоримым преимуществом является простота в эксплуатации. В отличие от ветряных генераторов, работа данной модели постоянна, так как её работоспособность не зависит от природных явлений, неподвластных человеку. Обладатели такого электростатического генератора могут получать электроэнергию практически бесплатно.

В процессе экспериментов были сделаны следующие выводы: В результате работы была сконструирована модель электростатического генератора, работающего на основе капельницы Кельвина (рисунок 1). В ходе экспериментов мы установили, что оптимальным вариантом является замена верхних емкостей спиралью из меди, так как ее удельное сопротивление меньше, чем у алюминия (рисунок 2). Следовательно, проводимость выше. В процессе работы была выявлена зависимость возникающего напряжения от поверхностного натяжения жидкости. Оптимальным вариантом для работы установки является мыльный раствор, так как он вполне доступен и коэффициент его поверхностного натяжения невелик. На основе данного устройства возможна разработка электростатического генератора для питания маломощных или работающих в импульсном режиме устройств.

Рисунок 1 — Демонстрационная модель электростатического генератора

Рисунок 2 — Медные кольца, как оптимальный вариант для работы модели генератора

Научная новизна: в процессе исследования были изучены условия работы генератора, разработана технология сборки и исследована область его применения.

Выводы по результатам исследования:

— в процессе работы была сконструирована модель электростатического генератора, работающего на основе капельницы Кельвина.

— в ходе экспериментов мы установили, что оптимальным вариантом является замена верхних емкостей спиралью из меди, так как ее удельное сопротивление меньше, чем у алюминия. Следовательно, проводимость выше.

— величина накопленного заряда зависит от примесей в воде, наилучшим вариантом для работы модели электростатического генератора является дистиллированная вода с добавлением муравьиной кислоты

— на основе данного устройства возможна разработка электростатического генератора для питания светодиодных источников света.

Список использованных источников:

1. Ветровые генераторы: конструкция, принцип работы [Электронный ресурс]. Дата обращения: 04.03.2016. — Режим доступа: http://fb.ru/article/231279/vetrovyie-generatoryi-konstruktsiya-printsip-rabotyi

2. С помощью капель воды можно создать напряжение до 15 киловольт!» [Электронный ресурс]. Дата обращения: 09.03.2016. — Режим доступа: http://www.ikirov.ru/news/16084-s-pomoschyu-kapel-vody-mozhno-sozdatnapryazhenie-do-15-kilovolt

3. Майер В. В. Электричество. — М.: Физматлит, 2006.

4. Испытывается первый в мире капельный ветряк [Электронный ресурс]. Дата обращения: 10.04.2016. — Режим доступа: http://www.ecoestate.tv/News/econews/index.php?ELEMENT_ID=1557

5. Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации: указ Президента Российской Федерации [от 07.07.2011 № 899].

6. ГОСТ 12.4.124-83. ССБТ. Средства защиты от статического электричества / введен 01.01.1984 — М.: Издательство Стандартов, 1983. — 8 с.

7. Меркулова А. В., Старченко Е. И., Черунова И. В., Гавлицкий А. И. Устройство для использования энергии электростатического поля // Пат. № 2439864 Российская Федерация, С1, МПК H05F 3/02 (2006.01). Заявка: 2010133364/07, 09.08.2010; Опубл. 10.01.2012 Бюл. № 1.