Никита Елистратов
Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, г. Сургут
МБОУ «Сургутский естественно-научный лицей», 11 класс
МБОУ «Сургутский естественно-научный лицей», 11 класс
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ КАК ИСТОЧНИК «ВТОРИЧНОЙ» ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
19
Научный руководитель: Зиятдинова Татьяна Леонидовна, Ханты-мансийский автономный округ, г. Сургут, МБОУ «Сургутский естественно-научный лицей», учитель информатики
Цель проекта
Исследование явления электромагнитной индукции и возможности ее применения для увеличения яркости свечения светодиодов.
Задачи
- Рассмотреть виды, устройство, принцип работы светодиодов и способы управления яркостью их свечения (диммирования).
- Изучить устройство и принцип работы электрогитары: природу звуковой волны, явление электромагнитной индукции, процесс преобразования колебаний металлической струны в электрический сигнал, конструкционные особенности и принцип работы звукоснимателя.
- Спроектировать и собрать устройство, позволяющее увеличить яркость свечения светодиодов.
- Провести эксперимент по определению параметров яркости свечения светодиодов.
Актуальность
Повышению энергоэффективности во всем мире в настоящее время уделяется много внимания. С целью сохранения энергоресурсов, эти требования устанавливаются многими государствами даже законодательно. Энергоэффективность является одним из ключевых аспектов любой деятельности человека. Только представьте, как было бы удобно и экономично, играя на гитаре, одновременно освещать комнату или даже заряжать телефон. Или использовать струнные музыкальные инструменты на концертах для освещения сцены или концертного зала.
Возможно ли преобразовывать электричество не только в звук, поступающий из динамиков, но и, одновременно, в световое шоу? Какие технологии позволяют увеличить яркость свечения осветительных приборов?
Изучив современные технологии освещения, я определил возможность регулировки яркости освещения (в частности, увеличение) с помощью светодиодов - во многом за счёт многих преимуществ, которыми они обладают - высокая светоотдача, механическая прочность и виброустойчивость, долгий срок работы; экономичность, экологичность.
В качестве способа увеличения яркости свечения светодиодов я рассматривал возможность применения электромагнитной индукции. Для доказательства этой возможности мной была сконструирована экспериментальная модель, которая представляет из себя самодельную электрогитару с усилителем звука.
Возможно ли преобразовывать электричество не только в звук, поступающий из динамиков, но и, одновременно, в световое шоу? Какие технологии позволяют увеличить яркость свечения осветительных приборов?
Изучив современные технологии освещения, я определил возможность регулировки яркости освещения (в частности, увеличение) с помощью светодиодов - во многом за счёт многих преимуществ, которыми они обладают - высокая светоотдача, механическая прочность и виброустойчивость, долгий срок работы; экономичность, экологичность.
В качестве способа увеличения яркости свечения светодиодов я рассматривал возможность применения электромагнитной индукции. Для доказательства этой возможности мной была сконструирована экспериментальная модель, которая представляет из себя самодельную электрогитару с усилителем звука.
За идею разработки был взят принцип работы электрогитары - инструмента, который обладает очень тихим собственным звуком, предназначенным для последующего усиления. Это усиление происходит в процессе преобразования колебания металлической струны в магнитном поле в электрические колебания. Процесс преобразования колебаний струны в сигнал, происходит так: струна колеблется с определенной частотой, при ее колебаниях в магнитном поле происходит изменение магнитного потока и в ее витках индуцируется ток, и на концах катушки возникает переменная ЭДС индукции. Это переменное напряжение вызывает колебания электрического тока звуковой частоты. Следовательно, в основе принципа работы звукоснимателя лежит явление электромагнитной индукции: магнитное поле, изменяемое над катушкой, внутри которой находится медная проволока, вызывает возникновение электрического (индукционного) тока.
Однако при колебании струны изменение магнитного поля крайне малое, значит, наводится небольшое ЭДС. Для увеличения ЭДС я использовал специальное устройство – усилитель звука, которое увеличивает мощность входного сигнала на выходе.
Главным элементом усилителя звука является транзистор - прибор, предназначенный для усиления электрических колебаний. Этот же элемент применяется в качестве способа увеличения яркости свечения светодиодов.
Светодиод – прибор, который питается током, а не напряжением. Яркость свечения светодиода зависит от средней величины силы тока через него, соответственно, для регулировки его яркости нужно изменять силу тока. Поскольку сила тока зависит от приложенного напряжения, то даже незначительное изменение напряжения влечет за собой несоизмеримое увеличение тока. Поэтому для изменения яркости необходимо регулировать ток при определенном значении напряжения с незначительным его изменением.
Значение выходного тока при помощи управляющего напряжения я изменил с помощью биполярного транзистора, особенностью которого является низкое выходное сопротивление. Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру.
Однако при колебании струны изменение магнитного поля крайне малое, значит, наводится небольшое ЭДС. Для увеличения ЭДС я использовал специальное устройство – усилитель звука, которое увеличивает мощность входного сигнала на выходе.
Главным элементом усилителя звука является транзистор - прибор, предназначенный для усиления электрических колебаний. Этот же элемент применяется в качестве способа увеличения яркости свечения светодиодов.
Светодиод – прибор, который питается током, а не напряжением. Яркость свечения светодиода зависит от средней величины силы тока через него, соответственно, для регулировки его яркости нужно изменять силу тока. Поскольку сила тока зависит от приложенного напряжения, то даже незначительное изменение напряжения влечет за собой несоизмеримое увеличение тока. Поэтому для изменения яркости необходимо регулировать ток при определенном значении напряжения с незначительным его изменением.
Значение выходного тока при помощи управляющего напряжения я изменил с помощью биполярного транзистора, особенностью которого является низкое выходное сопротивление. Биполярный транзистор управляется током. Чем больший ток подаётся на базу, тем больший ток потечёт от коллектора к эмиттеру.
Технология изготовления
1. На два крепежных уголка намотать проволоку диаметром 0,06 мм.
2. Уголки скрепить магнитом, а концы катушек спаять в противофазе.
3. Выполнить заготовку корпуса гитары (просверлить отверстия, установить элементы гитары).
4. Собрать схему электроники гитары.
Ток от плюса источника 9В проходит через светодиод и транзистор. Транзистор находится в полуоткрытом состоянии. При вынужденном колебании, струны изменяют поле, создаваемое постоянным магнитом. В катушке, внутри которой находится магнит, возникает переменный ток. Он уходит на базу транзистора, и целиком открывает транзистор, при этом сопротивление на транзисторе уменьшается. Тогда ток от батареи проходит через светодиоды и открытый транзистор, из-за чего электрический сигнал увеличивается, и яркость свечения светодиодов повышается.
Таким образом, используя звукосниматель, принцип работы которого основан на явлении электромагнитной индукции, и усилитель, основным элементом которого является транзистор, мы усилили не только электрический сигнал звукового диапазона частот, но и, одновременно сигнал, идущий на светодиоды. Полученную при этом дополнительную электроэнергию мы называем условно «вторичной».
Для того, чтобы определить, от каких параметров, кроме описанных выше, зависит яркость свечения, мы провели эксперимент, результаты которого позволили сделать нам вывод о том, что амплитуда колебаний струны зависит от ее толщины. Чем толще струна, тем больше амплитуда колебания и период колебаний. Значит, толстая струна изменяет магнитный поток сильнее. Отсюда следует, что наводится большее ЭДС индукции. Поскольку наводится больший индукционный ток => транзистор больше открывается => светодиоды горят ярче, и частота миганий меньше.
2. Уголки скрепить магнитом, а концы катушек спаять в противофазе.
3. Выполнить заготовку корпуса гитары (просверлить отверстия, установить элементы гитары).
4. Собрать схему электроники гитары.
Ток от плюса источника 9В проходит через светодиод и транзистор. Транзистор находится в полуоткрытом состоянии. При вынужденном колебании, струны изменяют поле, создаваемое постоянным магнитом. В катушке, внутри которой находится магнит, возникает переменный ток. Он уходит на базу транзистора, и целиком открывает транзистор, при этом сопротивление на транзисторе уменьшается. Тогда ток от батареи проходит через светодиоды и открытый транзистор, из-за чего электрический сигнал увеличивается, и яркость свечения светодиодов повышается.
Таким образом, используя звукосниматель, принцип работы которого основан на явлении электромагнитной индукции, и усилитель, основным элементом которого является транзистор, мы усилили не только электрический сигнал звукового диапазона частот, но и, одновременно сигнал, идущий на светодиоды. Полученную при этом дополнительную электроэнергию мы называем условно «вторичной».
Для того, чтобы определить, от каких параметров, кроме описанных выше, зависит яркость свечения, мы провели эксперимент, результаты которого позволили сделать нам вывод о том, что амплитуда колебаний струны зависит от ее толщины. Чем толще струна, тем больше амплитуда колебания и период колебаний. Значит, толстая струна изменяет магнитный поток сильнее. Отсюда следует, что наводится большее ЭДС индукции. Поскольку наводится больший индукционный ток => транзистор больше открывается => светодиоды горят ярче, и частота миганий меньше.
Методы исследования
Изучение и анализ литературных источников и Интернет-ресурсов, сравнение, измерение, конструирование, моделирование, эксперимент.
Теоретическая и практическая значимость
В ходе выполнения работы изучена и систематизирована информация об устройстве и принципе работы светодиодов, способах управления яркостью свечения светодиодов; описано явление электромагнитной индукции, рассмотрено устройство и принцип работы звукоснимателя и усилителя звука; собрана экспериментальная модель, позволяющая доказать возможность применения электромагнитной индукции для увеличения яркости свечения светодиодов.
Вывод
В результате работы над проектом, мы, создали экспериментальную модель, позволяющая доказать возможность использования явления электромагнитной индукции для увеличения яркости свечения светодиодов.
Ключевые слова
Электромагнитная индукция, светодиоды, усилитель звука, транзистор, яркость свечения светодиодов.
Расписание работы автора проекта
30 марта, вт
Диалог с экспертами
Ответы на вопросы
12:00
12:20
12:20
13:35 - 13:45
Онищенко Д.О.
Бычков С.П.
Бычков С.П.
30 марта, вт
12:40
13:00
13:20
13:00
13:20
Шубин А.Н.
Калинкин Д.А.
Трубачев Е.А.
Калинкин Д.А.
Трубачев Е.А.
Задайте вопрос автору проекта
Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
Расписание сессий приведено выше
Расписание сессий приведено выше