Исследовательская работа на тему: «Наш помощник ветер». Предметное направление: неживая природа.

Всероссийский конкурс «Я – исследователь»

Исследовательская работа

На тему: «Наш помощник ветер»

Предметное направление: неживая природа

Выполнил: Самойсак Даниил

ученик 1класса Донецкой

Республиканской специализированной

музыкальной школы-интернат

для одарённых детей

Руководитель работы

Фитисова Ирина Викторовна

Введение.

Однажды, путешествуя с родителями по побережью Азовского моря, я увидел стоящие в поле сооружения похожие на огромные вентиляторы. Папа объяснил мне, что это ветроэлектростанции. При помощи ветра они вырабатывают электроэнергию. (Приложение 1.) Я решил проверить, возможно ли получить электричество, используя модель ветроэлектростанции.

Цель работы: исследовать возможность получения электрического тока, используя силу ветра.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Выяснить что такое ветер? Каковы причины его появления?

2. Познакомиться с историей развития ветродвигателей.

3. Изучить устройство ветроэнергетической установки.

4. Изготовить модель ветрогенератора.

5. Экспериментальным путём, определить при каких условиях модель ветрогенератора работает максимально эффективно.

Методы исследования:

• изучение литературы и интернет-ресурсов по теме исследования;

• проведение исследований и экспериментов;

• наблюдение;

• анализ, сравнение и обобщение полученной информации.

Основная часть.

1. Ветер. Причины его появления.

Мы живём на планете, укутанной толстым воздушным покровом - атмосферой. Воздух вокруг нас настолько привычен, что замечаем мы его только тогда, когда он начинает двигаться. Это передвижение воздушных масс над землёй и есть ветер! Что заставляет воздух перемещаться? Солнце освещает нашу планет и нагревает её атмосферу. (Приложение 2). Разные участки поверхности нашей планеты и воздуха над поверхностью прогреваются очень неодинаково. Тёплый воздух всегда поднимается вверх, и давление атмосферы в данной местности уменьшается. Природа пустоты не потерпит, она нуждается в срочном замещении. На место «ушедшего вверх» тёплого воздуха приходят холодные массы из менее прогретого участка, и атмосферное давление в данной местности увеличивается. (Приложение 3). Холодный воздух движется горизонтально, вдоль земли. Нет конкретного места рождения ветра, он может появиться где угодно! Например, на морском побережье рождается бриз. Земля нагревается быстрее, чем вода, поэтому утром морской бриз дует от прохладной воды к тёплой земле. Ночью земля остывает быстрее воды, и бриз дует с прохладной земли в сторону более тёплой воды. (Приложение 4).

1.2.История развития ветродвигателей.

Ветер движется – значит, содержит запас энергии, которую можно с пользой применять. Сегодня уже никто не расскажет где, когда и у кого впервые появилась мысль использовать силу ветра для облегчения человеческой жизни. Возможно, это был рыбак, отважившийся выйти в море и поднявший над головой звериную шкуру. Первые парусные корабли появились в Египте. Они представляли собой лодку, на которой был укреплён шест с натянутой тканью. (Приложение 5). Паруса давали возможность лодке легко плыть вперёд в том направлении, куда дул ветер, пересекать моря и океаны, открывать новые континенты.

С появлением ремесленников, возникли и первые ветряные двигатели. Это были простые ветряные мельницы, лопасти которых вращались вокруг своей оси, как детская юла. Такие мельницы в глубокой древности применяли в Китае и в Персии для перемалывания зерна в муку. (Приложение 6). На острове Крит строили ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани. (Приложение 7).

Мельницы оказались прекрасными источниками бесплатной энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Во многих городах Европы, Париже, Лондоне, строили водонасосные станции, где для подъёма воды из колодцев использовались ветряные мельницы. (Приложение 8). Были ещё мельницы — лесопилки, выжиматели масла, измельчители пряностей и нюхательного табака, чесалки шерсти, двигатели бумагоделательных машин.

Большая часть территории Голландии расположена ниже уровня моря. Эту территорию люди отвоёвывали у воды с помощью плотин и ветряных мельниц, приводящих в действие насосы для откачивания воды и осушения участков вблизи плотин. (Приложение 9). По указу 1693 года, в Голландии, каждой мельнице, как живому существу, присвоено имя.

Со временем люди все чаще задумывались о ветре как об источнике бесплатной энергии. Наступил такой этап развития технологии, когда стали строить электрогенераторы. И в 1890 году ,в Дании построили первый ветрогенератор для производства электричества. А всего через двадцать лет их было уже 72. Такие ветрогенераторы устанавливались в труднодоступных местах, куда было неудобно или невыгодно передавать ток с обычных электростанций.. Между 1920 и 1930 годами ветровые генераторы стали появляться в Австралии и США.

В 1937 году в Крыму была построена крупнейшая в мире, как говорили тогда, ветроэлектростанция.

1. Устройство ветрогенератора.

• Лопасти ветрогенератора или ротор. У большинства современных ветрогенераторов ротор состоит из трёх лопастей. Ветер обдувает ротор ветрогенератора и приводит его в движение

• Вращение лопастей, через вал, передается системе шестерёнок - редуктору. В редукторе самая большая шестерёнка вращает следующую, меньшего размера, чем

повышает скорость вращения вала.

• Генератор. Здесь с помощью магнитных полей вращение вала создаёт электроэнергию.

• Анемометр. Это прибор, измеряющий скорость ветра. Находится сзади корпуса, рядом с флюгером, который отвечает за направление лопастей против движения ветра.

• Башня, на которой монтируется вся система выработки электроэнергии.

1. Эксперимент.

Для передачи движения от одной части механизма к другой его части используют шестерёнки. Шестеренки работают и в механических часах, и в коробке передачи автомобилей, и во многих промышленных и строительных механизмах.

В зависимости от того, какие шестерёнки и в каком количестве используются можно собрать такую конструкцию, в которой энергия, передаваемая шестерне, заставит ее замедлить или ускорить вращение.

Если большая шестерёнка приводит в движение малую (а она вращается быстрее) - скорость увеличивается. И наоборот, когда малая шестерёнка передаёт движение на большую (скорость вращения которой ниже) – скорость уменьшается. (Приложение 11).

Целью моего эксперимента является определение максимальной эффективности работы ветрогенератора при разных видах передачи и разной силе ветра. (Приложение 12).

Эффективность работы ветрогенератора будем оценивать при помощи цифрового мультиметра DT 832.

Результаты исследований.

Вывод: максимально эффективно модель ветрогенератора работает при прямой передачи и силе ветра 4-5м/c., вырабатывая 2.44 В. Этого вполне достаточно для зарядки аккумулятора.

Заключение.

Сегодня трудно представить нашу жизнь без электроэнергии. Благодаря электричеству в наших домах есть свет, работают различные электроприборы. Чаще всего электроэнергия производится на теплоэлектростанциях за счёт сжигания ископаемого топлива (угля или природного газа), которое образовалось много миллионов лет назад. Но природное топливо расходуется гораздо быстрее, чем образуется новое, поэтому расходовать его надо очень экономно. Больше ста лет люди получают электричество буквально из ничего, используя лишь энергию ветра. Тем самым, не только экономя традиционные виды топлива, но и уменьшая загрязнение окружающей среды.

Проводя исследования по определению максимальной эффективности работы модели ветрогенератора, я столкнулся с неожиданной проблемой. Ветер не предсказуем!

И хотя среднемесячная скорость ветра в Донецке в октябре – апреле составляет 5,6 м/с, бывают периоды без ветра по несколько дней. (Приложение 13).Вот тогда я понял, почему ветроэлектростанцию построили возле г. Новоазовска на побережье. Там круглый год и целые сутки дует бриз!

А у нас в родном Донецке…может быть строить ветроэлектростанции на терриконах…

Но это уже тема следующего исследования!

Все наблюдения и эксперименты проводились на метеоплощадке МДОУ «Ясли – сад № 319 города Донецка».

Приложение 1. Новоазовская ветроэлектростанция,.с Безымянное Новоазовского района Донецкой области.

Приложение 2. Неравномерное прогревание атмосферы Земли Солнцем.

Приложение 3. Механизм образования ветра.

Приложение 4.

Схема образование ночного бриза. Схема образование дненого бриза.

Приложение 5. Первые парусные корабли.

Приложение 6.

Работающая система персидских мельниц. Китайская ветряная мельница.

Приложение 7. Приложение 8.

Ветряная мельница на острове Крит. Ветряная мельница для подъёма воды.

Приложение 9.

Система каналов для откачки воды в Голландии. Город Киндердейк недалеко от Роттердама.

Приложение 10.Устройство ветрогенератора.

Приложение 11.

Понижающая передача. Повышающая передача.

Прямая передача

Приложение 12.

Проведение эксперимента определению максимальной эффективности работы

ветрогенератора при разных видах передачи и разной силе ветра.

Показания мультиметра при разных видах передачи и разной силе ветра.

Приложение 13. Розы ветров Донецка.

Использованная литература и интернет источники.

• Рассказ об энергии. Составители: Деревяго Т.В., Яблонская Ю.В. Минск 2001 г.

• Детская Энциклопедия. Том 5. Техника и производство. Москва 1974 г.

• Как все работает. Законы физики в нашей жизни. Луис А. Блумфилд. Москва2016г.

• Детям про автомобили. http://www.autodetyam.ru/2012/11/zachem-nuzhna-korobka-peredach.html

• Энергия ветра. Мифы и факты. http://www.budynok.kiev.ua

• персональный сайт учителя физики Лях Владимира Петровича. http://vpl54.narod.ru/ENERG_VETRA.html

• Ресурс для просмотра онлайн в режиме реального времени скорости ветра в любой точке земного шара.earth.nullschool.net

• http://hvac.livejournal.com/458557.html

• http://www.superox.ru/for-kids/energy/306-energiya-vetra/

• http://promplace.ru/articles/vetrogeneratori-vetryanie-elektrostantcii-alternativnie-istochniki-energii-73

• http://www.wetroenergetika.ru/index.html

• http://masterok.livejournal.com/220814.html