Выбор явления

1.

ФИЗТЕХ
‘Направление’
10 класс
МБОУ СШ №2
Наставник команды: Отставнова Ирина Владимировна
Участники: Филатов Ярослав Андреевич
Ханькевич Кирилл Павлович
Теребов Александр Дмитриевич

2.

Выбор явления
На острове есть водопад, геотермальные гейзеры и песчаные бури, можно судить, что остров
отличается большими размерами, что предполагает высокую потребность в электроэнергии.
Определимся с наиболее целесообразным выбором явления, сравнив потенциальные источники
электроэнергии в поисках наиболее эффективного.
Плюсы
Минусы
Источник
энергии
Энергетическая
установка
Водопад
ГЭС
1. Большая потенциальная
выходная мощность.
2. Постоянство энергогенерации.
3. Возможность
аккумулирования избытка
энергии и повышения выходной
мощности.
1. Высокие затраты на постройку.
2. Низкая скорость строительства.
3. Потребность в
высококвалифицированных кадрах.
Гейзер
Геотермальная
электростанция
1. Низкий уровень загрязнения
окружающей среды.
2. Постоянство энергогенерации.
1. Крайне низкая мощность.
2. Возможна потребность в
квалифицированных кадрах.
3. Высокая стоимость осуществления.
Песчаные
бури
Ветряные
мельницы
1. Средняя выходная мощность.
2. Низкий уровень загрязнения
окружающей среды.
3. При необходимости можно
быстро установить
дополнительные мельницы.
1. Неперерабатываемость материала, то
есть необходимость в его захоронении.
2. Нестабильность генерации
электроэнергии.
3. Вероятны большие затраты на
транспортировку деталей.
4. Большие занимаемые площади для
получения существенной мощности.
Вероятно будут несколько таких мельниц, а
для острова нежелательно терять
территорию.

3.

Физическая основа механизма на основе энергии падающей воды
Разобьём физическую основу на этапы:
1. Вода на высоте водопада h имеет потенциальную энергию Ep = m·g·h, где m – масса воды [кг], g – ускорение
свободного падения на Земле (~9.81 м/с2).
2. Поскольку Ep является частью полной механической энергии воды, которая в данном случае останется
неизменной, а потери будут учтены в виде КПД механизма, то при падении h уменьшается и Ep переходит в Ek.
m·v2
v2
Следовательно, Ep = Ek => m·g·h =
=> g·h = .
2
2
3. Турбина (см чертеж) преобразование кинетической энергии в механическую: внизу воду, обладающую некоторой
Ek, ожидает турбина. Лопасти турбины принимают удар воды. Сила потока создаёт крутящий момент, вращая ротор.
a) По второму закону Ньютона сила потока F = mo·v, где mo - массовый расход воды, v – скорость потока из
уравнения Ek.
b) Механическая мощность турбины: N = -η·mo·g·Δh = -η·Vo·g·Δh
3
4.Генератор (тихоходный) - преобразование механической
энергии в электрическую:
Устройство генератора:
a) Ротор: вращается вместе с турбиной, содержит
электромагниты или постоянные магниты.
b) Статор: Неподвижная часть с медными обмотками.
Принцип работы:
При вращении ротора изменяется магнитный поток через
обмотки статора, что индуцирует ЭДС (электродвижущую силу)
по закону Фарадея:
Ф
= -N· t , где Ф – магнитный поток, N – число витков обмотки
ε
с) На выходе получаем переменный ток частотой 50-60 Гц
и КПД около 96-98%