энергия ветра

ЭНЕРГИЯ
ВЕТРА
133
детали
8
моделей
для сборки
и экспериментов
#7324
Руководство
по сборке
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Оглавление
Рекомендации .............................................................................................................................. 2
Список деталей ........................................................................................................................... 3
Почему дует ветер. Ветрогенераторы ..................................................................... 4
Шкала Бофорта .......................................................................................................................... 5
Секрет лопастей ветрогенератора ............................................................................ 6
Устройство ветрогенератора ......................................................................................... 7
Генератор электрического тока ................................................................................... 8
Мотор-редуктор. Зарядное устройство ................................................................... 9
Секреты и хитрости при сборке моделей ............................................................. 10
Использование редуктора ................................................................................................ 11
Закрепление ветрогенератора ..................................................................................... 12
Использование вентилятора ........................................................................................... 13
Предварительные испытания ветрогенератора ............................................. 14
Два назначения ветрогенератора ............................................................................... 15
Измерительные приборы...................................................................................................... 16
Оптимальный угол атаки. Время зарядки аккумулятора ......................... 17
Твой эксперимент ..................................................................................................................... 18
Результаты эксперимента ................................................................................................. 19
Вывод из эксперимента ........................................................................................................ 20
Модель 1. Ветрогенератор с длинными лопастями ...................................... 21
Модель 2. Ветрогенератор с короткими лопастями ..................................... 24
Модель 3. Самолет ................................................................................................................... 27
Модель 4. Ветромобиль ....................................................................................................... 28
Модель 5. Трицикл ..................................................................................................................... 31
Модель 6. Гоночный автомобиль .................................................................................. 33
Модель 7. Тягач ........................................................................................................................... 35
Модель 8. Гоночный автомобиль – 2 ......................................................................... 37
1
Рекомендации | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Если тебе уже есть 8 лет – этот конструктор для тебя!
В процессе сборки моделей он поможет развить твои способности – внимание и логику,
воображение и фантазию. Собирай модели по очереди – от простой к сложным: так более
интересно и познавательно. Успехов тебе, мастер.
Вниманию родителей
• Конструктор не предназначен для детей до 3 лет. В конструкторе есть мелкие
детали – их маленький ребенок может проглотить. Храните конструктор в месте,
недоступном для маленьких детей.
• В наборе есть желтая пластинка, которая в моделях не используется. Это разборочный
ключ – он поможет легко разобрать модель, чтобы начать делать новую.
• Прочтите вместе с ребенком наши рекомендации и правила использования батареек
и электрических принадлежностей.
Рекомендации по технике безопасности
1.Не вставляйте провода и разъемы в электрические розетки
2.Обычные батарейки бесполезно и опасно перезаряжать, вместо батареек можно использовать
аккумуляторы – их можно много раз перезаряжать, но обязательно под контролем взрослых
3.В качестве источника энергии используйте держатель с обычной батарейкой 1,5 В или аккумулятором
1,2 В, стандарт АА (батарейка и аккумулятор в набор не входят)
4.Соблюдайте полярность батарейки, вставляя ее в держатель, и полярность аккумулятора, вставляя
его в зарядное устройство
5.Не допускайте короткого замыкания батареек и аккумуляторов, не разбирайте и не бросайте их
в огонь
6.Вынимайте батарейки и аккумуляторы из держателя, если долго не будете играть
Неправильное использование батареек и аккумуляторов может вывести их из строя.
Отработанные батарейки и аккумуляторы утилизируйте как опасные отходы.
Особенности конструктора «Энергия ветра»
из серии «Зеленая энергия»
Наш конструктор позволяет детям исследовать силу ветра и использовать его для получения
электричества. Ребята узнают природу возникновения ветра и классификацию его силы, смогут
разобраться с техническим устройством ветрогенератора.
Эксперименты с ветровой электростанцией можно проводить или на улице на ветру, или дома, используя
фен или вентилятор. Эти эксперименты позволят ребятам понять влияние угла поворота лопастей
и их количества на эффективность работы собранной ветровой электростанции.
Детали набора позволяют смастерить два вида ветровых электростанций – трех- и шестилопастных –
и использовать их или для питания светодиода, или для зарядки аккумулятора.
Заряженный аккумулятор затем применяется для электропитания любой из шести остальных
(электрических) моделей нашего конструктора.
2
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Список деталей
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Название детали
Клещи разборочные
Зажим для оси
Ступица
Декоративная накладка для пропеллера
Рамка, 5 на 10 отв.
Шестеренка Z20
Шестеренка Z40
Шестеренка Z60
Элемент осевой
Соединитель панелей, 2 на 2
Ось длинная, 10 см
Балка, 7 и 7 отв.
Ось длинная, 15 см
Балка, 3 отв.
Балка, 5 отв.
Балка, 2 и 3 отв.
Ключ разборочный
Штифт
1
x4
2
x1
шт.
1
4
1
1
3
2
2
3
1
2
1
6
2
1
1
1
2
4
№
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Название детали
Кнопка-фиксатор
Переходник, 1 и 2 отв., прямой
Конвертер 90о, L
Конвертер 90о, R
Панель, 8 на 12 отв.
Рамка, 5 на 14 отв.
Светодиод
Винт
Шайба пластмассовая
Стяжка
Мотор-редуктор с проводом
Лопасть пропеллера длинная белая
Колпак пропеллера
Лопасть пропеллера короткая синяя
Держатель трубки
Держатель аккумулятора зеленый
Держатель батарейки синий
Трубка опорная, 41 см
5
4
x1
9
x1
x1
7
x3
11
x2
10
x2
6
3
8
x3
шт.
1
1
2
1
2
10
9
6
1
1
1
2
4
1
1
1
1
2
Всего: 133
x2
x1
30
x2
x 6 13
12
x8
15
x4
16
x6
19
23
x2
17
20
x2
21
27
x3
24
29
32
x1
x1
26
22
x3
x1
25
x 40
18
x1
x4
14
x6
28
x2
31
x5
34
35
x1
x1
33
x1
x3
x6
x2
x1
36
3
Почему дует ветер. Ветрогенераторы | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Немного по-научному
Почему дует ветер? Солнце освещает нашу планету и нагревает ее атмосферу, рис. 1. Разные участки
поверхности нашей планеты и воздуха над поверхностью прогреваются очень неодинаково. Температура
воздуха – важный фактор, определяющий его давление. Теплый воздух всегда поднимается вверх,
и атмосферное давление в данной местности уменьшается. И наоборот, холодный воздух всегда опускается
вниз, и атмосферное давление в данной местности увеличивается. Из зоны высокого давления воздушные
массы перемещаются в зону низкого давления. Сильный поток воздуха мы называем ветром. Кроме того,
на формирование направления ветров оказывает влияние еще и вращение нашей планеты вокруг своей
оси. Глобальные перемещения воздушных масс в зависимости от их характеристик по-научному называют
муссоны и пассаты, циклоны и антициклоны.
Любопытные факты
1. С древнейших времен человек использовал
силу ветра: сначала в судоходстве, а затем
для замены своей мускульной силы. Первые
простейшие ветродвигатели применяли
в глубокой древности в Китае и в Египте. Около
Александрии Египетской сохранились остатки
каменных ветряных мельниц 2 – 1 веков
Рис. 1. Неравномерное прогревание атмосферы Земли
до нашей эры
Солнцем, вращение нашей планеты вокруг своей оси
2. В 7 веке нашей эры персы начали строить и особенности рельефа местности приводят к появлению ветров
ветряные мельницы с крыльями
3. В 14 веке в Нидерландах ветряные мельницы откачивали воду с земель, огражденных дамбами
4. В 16 веке во многих городах Европы начали строить водонасосные станции с использованием
гидродвигателя и ветряной мельницы
Современные ветрогенераторы
В 1890 году в Дании была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908 году насчитывалось уже
72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные
роторы диаметром 23 м.
Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями
и горизонтальной осью вращения. Современные промышленные ветрогенераторы мощностью 2000 кВт
имеют диаметр кольца, по которому движутся крылья, около 80 метров. Крупные ветряные электростанции
включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удаленных
районов.
Ветряные электростанции всего мира в 2007
году произвели около 200 млрд кВт•ч, что
составляет примерно 1,3 % мирового потребления
электроэнергии. Лидерами ветроэнергетики
являются СЩА и Германия. Но по доле
использования энергии ветра на первом месте
остается Дания – в 2009 году из энергии ветра
вырабатывалось уже 20 % от всей электроэнергии
этой страны!
Энергия ветра практически неисчерпаемая,
повсеместно доступная и экологически чистая.
Рис. 2. Т радиционная ветряная мельница
и современные ветрогенераторы
4
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Шкала Бофорта
Классификация силы ветра
В 1806 году английский адмирал, военный гидрограф и картограф Френсис Бофорт для оценки
скорости ветра по его воздействию на наземные предметы и по волнению в открытом море предложил
12-балльную шкалу ветра.
В 1838 году шкала Бофорта был принята на британском флоте, а с 1874 года – моряками всего мира.
В 1955 году, чтобы различать ураганные ветры разной силы, Бюро погоды США расширило шкалу
до 17 баллов.
Таблица 1. Шкала Бофорта
Баллы «Cкорость «Название
«Действие ветра»
Бофорта ветра»
ветра»
менее
Дым поднимается вертикально, листья деревьев неподвижны.
0
Штиль
1 км/ч
Зеркально гладкое море
Дым отклоняется от вертикального направления, на море легкая
1
до 5,4 км/ч Тихий
рябь, пены на гребнях нет. Высота волн до 0,1 м
Ветер чувствуется лицом, листья шелестят, флюгер начинает
2
до 12 км/ч Легкий
двигаться, на море короткие волны максимальной высотой 0,3 м
Листья, тонкие ветки деревьев, легкие флаги колышутся, волнение
3
до 19 км/ч Слабый на воде, изредка образуются маленькие «барашки».
Средняя высота волн 0,6 м
Ветер поднимает пыль, мусор, качаются тонкие ветви деревьев,
4
до 28 км/ч Умеренный белые «барашки» на море видны во многих местах.
Максимальная высота волн 1,5 м
Качаются ветки и тонкие стволы деревьев, ветер чувствуется
5
до 38 км/ч Свежий рукой, на воде видны белые «барашки».
Максимальная высота волн 2,5 м
Качаются толстые сучья деревьев, тонкие деревья гнутся,
гудят телефонные провода, белые пенистые гребни занимают
6
до 50 км/ч Сильный
значительные площади, образуется водяная пыль.
Максимальная высота волн до 4 м
Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветки, трудно идти
7
до 61 км/ч Крепкий против ветра, гребни волн срываются ветром.
Максимальная высота волн 5.5 м
Ломаются тонкие и сухие сучья деревьев, говорить на ветру
Очень
8
до 74 км/ч
тяжело, идти против ветра очень трудно. Сильное волнение на
крепкий
море. Максимальная высота волн 7.5 м
Гнутся большие деревья, ветер срывает черепицу с крыш, очень
9
до 88 км/ч Шторм
сильное волнение на море. Максимальная высота волн 10 м
На суше бывает редко. Значительные разрушения строений, ветер
Сильный валит деревья и вырывает их с корнем, поверхность моря белая
10
до 102 км/ч
шторм от пены, сильный грохот волн подобен ударам грома.
Максимальная высота волн 12.5 м
Жестокий Наблюдается очень редко. Сопровождается разрушениями на больших
11
до 117 км/ч
шторм пространствах. На море исключительно высокие волны – 16 м
более
12 – 17
Ураган Серьезные разрушения капитальных строений на суше.
117 км/ч
Ветряные генераторы рассчитаны выдерживать силу крепкого ветра скоростью до 60 км/ч.
5
Секрет лопастей ветрогенератора | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Немного по-научному – 2
Традиционные ветряные мельницы имеют простою плоскую форму лопастей, рис. 3, что приводит к низкой
эффективности их работы. Скорость обтекания лопасти потоком воздуха разная в зоне над лопастью
и под ней. Над лопастью скорость потока выше, а давление меньше. Под лопастью, наоборот, скорость
потока ниже, а давление больше. Этот перепад давлений и создает мощную результирующую силу,
которая заставляет лопасти двигаться и вращать генератор, рис. 4.
В нашем конструкторе короткие синие и длинные белые лопасти изготовлены по специальным
расчетам и имеют в поперечнике сложную каплевидную форму. Кроме того, важно, чтобы лопасти
были расположены под строго определенным углом к ветру. Это позволяет использовать энергию
ветра максимально эффективно, рис. 5 и 6.
Рис. 3. Традиционная голландская мельница (слева) и ветряк
для накачки воды на Майорке (центральная часть США)
Направление
результирующей
силы
Рис. 6 Потоки
воздуха
Рис. 5 Рис. 4 Сейчас большинство современных ветровых генераторов
имеют по три лопасти, их размеры огромны, рис. 7.
Германская компания REpower Systems AG смонтировала
ветрогенератор с диаметром ротора 126 метров. Гигантский
трехлопастный ротор расположен над землей на башне
высотой более 180 метров. Ус тановка называется
REpower-5M, что обозначает ее мощность – 5 мегаватт.
Это самый мощный ветрогенератор в мире.
Расчеты показывают, что если использовать шесть лопастей,
то это создаст более мощный крутящий момент, так как
на большой высоте скорость ветра очень большая, поэтому,
вероятно, будущее ветроэнергетики именно за такими видами
ветрогенераторов.
6
Рис. 7. Сравнение размеров лопастей
реальной ветряной электростанции
с размерами человека
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Устройство ветрогенератора
Устройство ветрогенератора
3
2
5
1
7
4
6
9
1. Лопасти
2. Колпак ротора
3. Система изменения угла
атаки лопастей
4. Тормозная система
5. Редуктор
6. Генератор
7. Система слежения за силой
и направлением ветра – анемометр
8. Гондола
9. Поворотный механизм
10. Башня
8
10
Рис. 8 Немного по-научному – 3
Принцип превращения механической энергии ветра в электрическую энергию достаточно прост:
– ветер раскручивает лопасти ветрогенератора, при этом механическая энергия ветра преобразуется
в кинетическую энергию движения/вращения лопастей
– при постоянном и сильном ветре лопасти вращаются с очень большой скоростью
– для обеспечения максимальной эффективности работы ветрогенератора его специальные механизмы
автоматически регулирует, по отношению к направлению ветра, угол поворота башни ветрогенератора
и угол поворота самих лопастей (по-научному угол атаки)
– движение/вращение лопастей передается через редуктор к генератору электрического тока
– генератор вырабатывает электрическую энергию
– электрическая энергия преобразуется необходимым образом (это происходит в трансформаторе)
и передается по линиям электропередачи к потребителю.
Для выработки электроэнергии большой мощности необходимы ветрогенераторы очень больших
размеров. Современные ветроэнергетические установки используют ветер приземного слоя на высоте
до 100 м от поверхности Земли, скорость ветра на этой высоте должна составлять не менее 6 м/с.
Наилучшим местом для размещения ветрогенераторов является куполообразная, гладкая, ничем
не затененная возвышенность. Желательно, чтобы ветрогенератор в радиусе нескольких сотен метров
был окружен полями или водной поверхностью и лопасти были установлены достаточно высоко над
местными препятствиями, чтобы набегающий на них поток ветра был сильным, плотным и с минимальными
изменениями скорости и направления.
Энергия ветра является естественным и самым экологически чистым видом энергии, использование
которой помогает нашей цивилизации снизить потребление невосполнимых ресурсов, таких, как нефть
и газ, в качестве топлива.
7
Генератор электрического тока | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Рамки
Северный
полюс
магнита – N
Южный
полюс
магнита – S
Коммутатор
Лампочка
(потребитель тока)
Рис. 9. Г енератор тока
Генератор постоянного электрического тока
Ветроэлектростанции часто называют ветрогенераторами, потому что главная часть любой электростанции
– это генератор для выработки электричества.
Генератор постоянного тока содержит магниты, рамки и коммутатор, рис. 9. При вращении рамок в зоне
между полюсами магнитов происходит взаимодействие магнитных и электрических сил. В результате
этого взаимодействия в рамках возникает электрический ток.
Рамки соединены с коммутатором. К контактам коммутатора подключают потребитель электрического
тока, например, лампочку или электродвигатель.
Чем быстрее вращаются рамки, тем больше величина электрического тока, который протекает через
потребитель.
Мотор-редуктор – генератор и электродвигатель. Превращение энергии
В ветроэлектростанции нашего конструктора в качестве генератора постоянного тока используется
мотор-редуктор. Движение от вращающихся лопастей передается на мотор-редуктор, который соединен
с зарядным устройством для аккумулятора.
Механическая работа превращается в генераторе в электрическую энергию и затем накапливается
в аккумуляторе в виде химической энергии.
Заряженный аккумулятор затем используется для питания этого же мотора-редуктора, который
применяется в наших моделях теперь уже в качестве электродвигателя.
Химическая энергия аккумулятора превращается сначала в электрическую энергию, и в конечном
результате в механическую энергию движения собранной тобой модели.
8
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Мотор-редуктор. Зарядное устройство
Главная ось
Рис. 10. Мотор-редуктор
Мотор Три комплекта механических передач
Что такое редуктор
Две шестеренки, соединенные вместе зубцами, образуют механическую передачу. Несколько пар
шестеренок образуют целую систему передач (по-научному редуктор). В нашем редукторе каждая
маленькая шестеренка вращает следующую, большего размера. В результате усилие от мотора через
четыре шестеренки передается на главную ось. К главной оси присоединяются другие шестеренки для
передачи движения дальше, например, на колеса наших моделей.
Если мотор вращает первую шестеренку 3200 раз в минуту, то главная ось делает всего 100 оборотов.
Наш редуктор уменьшает обороты в 32 раза, но зато усилие от мотора возрастает на главной оси
в 32 раза!
Корпус мотора-редуктора сделан прозрачным специально, чтобы тебе можно было понаблюдать
за работой шестеренок редуктора, рис. 10.
Зарядное устройство
D
+
Генератор
–
Рис. 11
АА
1,2 В
Рис. 12
В отличие от обычной батарейки разрядившийся аккумулятор можно заряжать много раз. Важно
помнить, что аккумулятор в держателе нужно размещать, обязательно учитывая полярность – «плюс»
к «плюсу», а «минус» к «минусу», рис. 11.
Держатель аккумулятора внешне очень похоже на держатель батареек, только первый – зеленого цвета,
а второй – синего. Но разница не только в цвете. На рис. 12 показана схема подключения генератора
к зарядному устройству. Внутри держателя аккумулятора находится специальный электронный элемент,
он обозначен буквой D и по-научному называется диод. Именно диод обеспечивает прохождение тока
от генератора к аккумулятору всегда в одном и том же направлении.
Когда дует ветер, лопасти ветрогенератора вращаются и генератор заряжает аккумулятор. Если ветер
слабеет или прекращается, то именно диод не позволяет аккумулятору разряжаться.
9
Секреты и хитрости при сборке моделей | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Секреты и хитрости при сборке моделей
B
A
B
Рис. 16
Рис. 13
Рис. 14
Рис. 15
Нет зазора –
это плохо
Есть зазор –
это правильно
Разборочный ключ
В наборе есть желтый разборочный ключ, он поможет легко и быстро разъединить детали.
Рис. 13 – стороной А легко вытащить штифт.
Рис. 14 – стороной В легко вытащить осевой элемент.
Рис. 15 – стороной В легко вытащить кнопку-фиксатор.
Хитрости крепления колес
Рис. 16 – чтобы колеса и шестеренки крутились легко и свободно, всегда оставляй между ними и рамкой
зазор в 1 мм, и тогда ход твоей модели будет легким и плавным.
Как собрать и разобрать опору для ветрогенератора
Рис. 18
Рис. 17 – вставь держатель трубки в опорную трубку и поверни
держатель до щелчка
Рис. 18 – вставь выступы разборочных клещей в отверстия
опорной трубки, нажми на ручки клещей и отсоедини держатель
трубки от опорной трубки.
Рис. 17
Как вынуть аккумулятор из держателя
Рис. 19
Рис. 19 – в наборе есть желтый разборочный ключ,
стороной В легко вытащить аккумулятор из держателя.
B
10
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Использование редуктора
Что такое шестерня
Для передачи движения от одной части механизма к другой его части используют шестерни. Шестерни
работают и в наручных механических часах, и в коробках передачи легковых автомобилей, и почти
во всех промышленных и строительных механизмах.
Можно собрать такую конструкцию, в которой энергия, передаваемая шестерне, заставит ее замедлить
или ускорить вращение в зависимости от того, какие шестерни и в каком количестве использованы.
Шестерни малых размеров называют шестеренками.
Буквой Z обозначают количество зубьев в шестеренках. В нашем конструкторе используются шестеренки
для зубчатой передачи: Z20, Z40, Z60.
Движение подводится извне к ведущей шестеренке. От нее движение передается к ведомой шестеренке.
Зубчатая передача характеризуется коэффициентом скорости (по-научному передаточное отношение,
или ПО). Этот параметр позволяет рассчитать, сколько раз повернется ведомая шестеренка, когда
ведущая шестеренка сделает 1 оборот.
Использование шестеренок редуктора для изменения ПО
Рис. 21 – в редукторе используется три пары шестеренок. Для того чтобы получить разные варианты
механических передач, тебе необходимо передвигать шестеренки вдоль осей так, чтобы каждый раз
только одна пара шестеренок касалась зубцами друг друга.
Рис. 22 – при соединении желтой шестеренки Z60 c красной шестеренкой Z20 ПО = 1:3.
Рис. 23 – при соединении двух синих шестеренок Z40 друг с другом ПО = 1:1.
Рис. 24 – при соединении красной шестеренки Z20 c желтой шестеренкой Z60 ПО = 3:1.
Редуктор
Повышающая передача, 1:3
Моторредуктор
Рис. 21 Передача, 1:1
Рис. 22 Понижающая передача, 3:1
Рис. 23 11
Рис. 24 Закрепление ветрогенератора | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Закрепление на улице
В качестве основной опоры для
ветрогенератора используй:
– деревя н н ую па л ку и л и
брусок
– пластиковую или железную
трубку
Вкопай основную опору
в землю.
Рис. 25-1, 25-2 – опорную трубку
ветрогенератора прочно
прикрепи стяжками к основной
опоре (палка, брусок, трубка
в набор не входят).
Закрепление
в помещении
Рис. 26-1 – закрепи держатель
трубки на двух панелях, 8 на
12 отв.
Рис. 26-2 – прижми панели к полу
грузами массой по 1 – 2 кг.
В качестве грузов можно использовать несколько тяжелых
к н и г и л и м е та л л и ч е с к и е
пластины (эти предметы в набор
не входят).
Рис. 26-3 – убедись в том, что
вет рогенератор ус тойчиво
закреплен на панелях
с грузами.
Рис. 25-2
Рис. 25-1
Рис. 26-1
Рис. 26-3
Рис. 26-2
Совет
Проверку работоспособности
ветрогенератора можно
провести и без ветра.
Рис. 27-1, 27-2 – держи опорную
трубку одной рукой, а другой
рукой зас тавь лопас ти
ветрогенератора вращаться.
Если лопасти вращаются легко,
значит, ветрогенератор собран
правильно.
Рис. 27-1
Рис. 27-2
12
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Использование вентилятора
Использование вентилятора
В помещении в качестве источника ветра можно использовать напольный вентилятор. Неважно, какой
именно вентилятор ты сможешь использовать – подойдет любая модель, в которой лопасти вентилятора
для безопасности защищены сетчатым металлическим кожухом.
Мощность такого вентилятора можно регулировать, а значит, ты можешь создавать ветер разной силы
– слабый, средний и сильный.
Для проведения наших научных экспериментов расположи свой вентилятор на высоте 1 м от пола
и на расстоянии 1 м от ветрогенератора, рис. 28-1, 28-2, 29-1, 29-2.
1м
1м
1м
Рис. 28-1
Рис. 28-2
1м
1м
1м
Рис. 29-1
Рис. 29-2
13
Предварительные испытания ветрогенератора | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Передаточное отношение 1:3
Перемести шестеренки редуктора так, чтобы верхняя желтая шестеренка Z60 соединилась с нижней
красной шестеренкой Z20. В результате ты получишь для редуктора ПО = 1:3, рис. 30.
Используй ветрогенератор с короткими лопастями, рис. 31.
Проверь работу ветрогенератора на ветру. Понаблюдай, как меняется яркость светодиода в зависимости
от силы ветра.
ПО = 1:3
Генератор
Рис. 30
Рис. 31
Передаточное отношение 1:1
Перемести шестеренки редуктора так, чтобы верхняя синяя шестеренка Z40 соединилась с нижней
синей шестеренкой Z40. В результате ты получишь для редуктора ПО = 1:1, рис. 32.
Используй ветрогенератор с длинными лопастями, рис. 33.
Проверь работу ветрогенератора на ветру. Понаблюдай, как меняется яркость светодиода в зависимости
от силы ветра.
ПО = 1:1
Генератор
Рис. 32
Рис. 33
14
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Два назначения ветрогенератора
Использование ветрогенератора в качестве электростанции и вентилятора
Рис. 34-1
Рис. 34-2
Рис. 35-1
Рис. 35-2
Ветрогенератор в качестве электростанции. Зарядка аккумулятора
Закрепи на ветрогенераторе держатель аккумулятора (он зеленого цвета) и вставь в него аккумулятор
(соблюдай полярность).
Подключи зарядное устройство к мотору-редуктору, рис. 34-1, 35-1.
Ветрогенератор готов к работе в качестве электростанции, чтобы заряжать аккумулятор.
Ветрогенератор в качестве вентилятора
Закрепи на ветрогенераторе держатель
батарейки (он синего цвета) и вставь в него
заряженный аккумулятор или батарейку
(соблюдай полярность).
Подключи держатель батарейки к моторуредуктору, рис. 34-2, 35-2.
Ветрогенератор готов к работе в качестве
вентилятора.
После разрядки аккумулятора его можно повторно
зарядить, используя держатель аккумулятора
и работу ветрогенератора на ветру, рис. 36.
Батарейку перезаряжать нельзя.
Рис. 36
15
Измерительные приборы | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Вниманию родителей и учителей
Ветрогенератор отлично подходит для проведения экспериментов как на открытом воздухе,
так и в помещении.
Можно использовать данный конструктор как методическое пособие на факультативных
занятиях по физике в школе.
Для оценки эффективности работы ветрогенератора с большими и короткими лопастями,
рис. 37 и 38, ребятам предлагается использовать наблюдение за яркостью свечения светодиода.
Но это не точный, субъективный метод.
Светодиод начинает светиться только при напряжении больше чем 1,7 В.
Чем больше напряжение, тем ярче светит светодиод.
Ветрогенератор в качестве
электростанции. Зарядка аккумулятора
Для более точного определения влияния ветра на
эффективность работы ветрогенератора необходимо
специальное техническое оборудование, рис. 39.
A. Анемометр – необходим для измерения силы
ветра
B. Цифровой мультиметр – необходим для измерения
напряжения на генераторе
C. Тахометр – необходим для измерения количества
оборотов лопастей за единицу времени
D. Траспортир – необходим для регулировки угла
поворота лопастей (угол атаки)
Рис. 37
Рис. 38
Используя это оборудование, можно подобрать
оптимальный угол атаки лопастей для максимально
эффективной работы ветрогенератора.
A
B
C
D
Измерительные приборы
в набор не входят
и показаны только
для примера.
Рис. 39
16
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Оптимальный угол атаки. Время зарядки аккумулятора
Рис. 40
Для регулировки угла атаки для каждой
лопасти используется транспортир.
Рис. 41
Для измерения
напряжения
на генераторе
используется цифровой
мультиметр.
При малых оборотах
лопастей напряжение
на генераторе ниже,
чем 1,7 В, поэтому
светодиод не светится.
Угол атаки
градусы
Напряжение
на генераторе, В
0
0
5
1.2
10
2.72
15
3.51
20
4.05
25
3.04
30
2.44
4.5
4.05
4
3.5
3.51
3.04
3
Напряжение, В
Проведенный нами тест для ветрогенератора
с шестью короткими лопастями позволил
установить количественную зависимость
напряжения, которое вырабатывает
генератор, от угла атаки, рис. 42.
2.72
2.5
2.44
2
1.5
1.2
1
0.5
0
5
10
15
Угол атаки
20
25
30
Рис. 42
Вывод: при угле атаки = 20 градусов напряжение на генераторе
максимальное (в нашем тесте оно оказалось равно 4,05 В).
Время зарядки аккумулятора
от ветрогенератора
Проведенные нами тесты показали оптимальное время
для зарядки аккумуляторов, рис. 43.
При силе ветра около 4 м/с время зарядки аккумуляторов в среднем составляет:
– для аккумулятора емкостью 1300 мА/ч: 1 – 1,5 часа
– для аккумулятора емкостью 2400 мА/ч: 2 – 2,5 часа
Не следует заряжать аккумулятор больше времени, чем рекомендуется.
17
Рис. 43
Твой эксперимент | Страничка для любознашек | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Эксперимент
«Определить условия для максимальной эффективности ветрогенератора»
Цель эксперимента
Тебе необходимо провести научный эксперимент, цель которого – определить, при каких условиях
ветрогенератор работает максимально эффективно. Эффективность работы ветрогенератора будем
оценивать по яркости свечения светодиода.
Условия эксперимента
Источник ветра – напольный вентилятор.
Ты проведешь пять тестовых испытаний, в которых будешь менять их условия:
– использовать длинные и короткие лопасти
– менять количество лопастей
– менять передаточное отношение редуктора
– менять силу ветра за счет изменения мощности вентилятора
Результаты эксперимента
Результаты своих собственных тестов тебе необходимо занести в наши таблички, стр. 19, 20.
Заполнение табличек
6 лопастей
ПО = 1:3
Вращение
– если лопасти неподвижны, то оставляем
пустое место
– если лопасти вращаются, то ставим
галочку
На рис. 44 показан примерный образец
заполнения табличек результатами тестов.
Средний
Сильный
6 лопастей
ПО = 1:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
6 лопастей
ПО = 3:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
В завершении тестовых испытаний тебе
необходимо провести анализ данных и сделать
свой вывод из эксперимента.
Успехов тебе, мастер!
Вращение Светодиод
Слабый
Светодиод
– если не светит, то оставляем пустое место
– если светит, то ставим галочку
– если светит очень ярко, то ставим две
галочки
Ветер
Средний
Сильный
4 лопасти
ПО = 1:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
3 лопасти
ПО = 1:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
Рис. 44 Образец, как заполнять таблички
18
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Результаты эксперимента
Таблички для внесения данных по результатам эксперимента
Тест № 1. Шесть коротких лопастей
6 лопастей
ПО = 1:3
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
6 лопастей
ПО = 1:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
6 лопастей
ПО = 3:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
Тест № 2. Четыре короткие лопасти
4 лопасти
ПО = 1:3
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
4 лопасти
ПО = 1:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
4 лопасти
ПО = 3:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
Тест № 3. Три короткие лопасти
3 лопасти
ПО = 1:3
Ветер
Слабый
Средний
Сильный
19
Вращение Светодиод
Результаты эксперимента | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
3 лопасти
ПО = 1:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
3 лопасти
ПО = 3:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
Тест № 4. Две короткие лопасти
2 лопасти
ПО = 1:3
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
2 лопасти
ПО = 1:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
2 лопасти
ПО = 3:1
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
Тест № 5. Три длинные лопасти
3 лопасти
ПО = 1:3
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Сильный
Анализ результатов
Ты закончил все тестовые испытания – менял
силу ветра, вид и количество лопастей,
ПО редуктора.
3 лопасти
Ветрогенератор работает с максимальной
эффективностью при следующих условиях:
Ветер
Вращение Светодиод
Слабый
Средний
Просмотри еще раз все таблички с результатами и сделай свой вывод.
Вывод из эксперимента
ПО = 1:1
Сильный
сила ветра: ____________________________________
вид лопастей: __________________________________
количество лопастей: ___________________________
ПО редуктора: _________________________________
20
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 1 Ветрогенератор с длинными лопастями
Необходимые детали
2
x3
7
20
x2
3
5
10
x3
x1
21
Ветрогенератор
с длинными
лопастями
4
x1
x3
23
x2
x1
x2
5
14
x 3 15
13
22
x3
x4
x8
25
x1
24
17
x1
27
x2
x1
x2
x5
36
x1
Советы по сборке
• при закреплении лопастей в ступице направь
их плоскости в одну и ту же сторону
• все углы в нижней части каждой из трех
лопастей отрегулируй одинаково
• для извлечения лопасти из гнезда ступицы
используй разборочный ключ стороной В
• если лопасти вращаются по часовой стрелке,
то светодиод не будет светиться, необходимо
переставить контакты светодиода в разъемах
противоположным образом
B
1
2
3
4
21
x 36
29
x1
33
30
16
x2
26
31
x2
6
x3
x3
Модель 1 Ветрогенератор с длинными лопастями | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
5
6
8
7
10
9
11
Выполни
два шага
для крепления
светодиода
12
2
14
1
13
22
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 1 Ветрогенератор с длинными лопастями
15
16
17
18
20
19
21
22
Готово!
Посмотри еще раз стр. 11
23
Модель 2 Ветрогенератор с короткими лопастями | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Необходимые детали
2
x4 3
8
x1
10
x3
Ветрогенератор
с короткими
лопастями
18
x 36
19
x6
4
x1
5
x3
12
x6
21
x3
22
x 3 26
x2
25
x1
x3
16
x4
32
33
x1
x2
x1
x6
x 2 27
x 5 36
• вставь балку, 7 и 7 отв., в короткую лопасть так, чтобы
отверстие в торце лопасти совпало с отверстием в балке
• закрепи лопасть на балке с помощью кнопки-фиксатора
4
x2
x8
29
Советы по сборке
1
14
x2
23
x 1 24
x2 7
15
x2
13
20
6
2
3
5
24
x1
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 2 Ветрогенератор с короткими лопастями
6
7
9
8
Выполни
два шага
для крепления
светодиода
10
11
2
1
12
14
15
13
18
16
17
19
25
Модель 2 Ветрогенератор с короткими лопастями | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
20
21
22
x6
23
24
25
Готово!
Посмотри еще раз стр. 11
26
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 3 Самолет
Необходимые детали
5
2
x3 6
x2
11
x1
20
x1
24
Самолет
16
22
35
x1
8
x2
x 6 14
x2
x2
7
x2
12
13
19
x2
18
x4
x2
x 3 15
x 26
32
29
x1
x1
Батарейка и аккумулятор в набор не входят
Советы по сборке
• используя ветрогенератор с длинными или короткими
лопастями, заранее заряди аккумулятор
• при вставке аккумулятора в держатель соблюдай
полярность
• вместо аккумулятора можно использовать батарейку
1,5 В стандарта АА (заряжать ее нельзя)
1
2
3
4
5
6
27
x2
x8
Модель 3 Самолет | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
8
9
7
11
10
12
13
17
16
15
14
19
18
Готово!
28
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 4 Ветромобиль
Необходимые детали
Ветромобиль
6
7
x2
8
x2
15
x6
12
14
13
21
x3
20
x2
22
x3
x8
32
16
x2
x3
x1
x4
29
19
11
x3
18
35
x4
x 21
x1
x1
x3
Советы по сборке
• используя ветрогенератор с длинными или короткими
лопастями, заранее заряди аккумулятор
• при вставке аккумулятора в держатель соблюдай
полярность
• вместо аккумулятора можно использовать батарейку
1,5 В стандарта АА (заряжать ее нельзя)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
29
Модель 4 Ветромобиль | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
10
11
13
14
16
12
15
17
18
19
21
20
22
Готово!
30
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 5 Трицикл
Необходимые детали
2
x1
4
6
x3
9
x1
7
x1
13
11
x1
12
14
x6
x2
15
x4
16
x8
20
x3
Трицикл
27
x2
24
x1
x2
x3
18
x 21
21
x3
x2
29
22
8
x2
x1
35
x1
Советы по сборке
• используя ветрогенератор с длинными или короткими
лопастями, заранее заряди аккумулятор
• при вставке аккумулятора в держатель соблюдай
полярность
• вместо аккумулятора можно использовать батарейку
1,5 В стандарта АА (заряжать ее нельзя)
1
2
5
9
3
6
10
4
7
11
8
12
31
Модель 5 Трицикл | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
13
14
16
17
19
21
15
18
20
22
Готово!
32
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 6 Гоночный автомобиль
Необходимые детали
5
x3
6
7
x2
8
13
x2
x2
14
x4
15
24
x1
Гоночный автомобиль
16
x6
35
11
x2
x1
12
x5
18
x 24
21
x2
x4
20
29
x1
x1
Советы по сборке
• используя ветрогенератор с длинными или короткими
лопастями, заранее заряди аккумулятор
• при вставке аккумулятора в держатель соблюдай
полярность
• вместо аккумулятора можно использовать батарейку
1,5 В стандарта АА (заряжать ее нельзя)
1
2
3
4
5
7
6
8
9
33
x2
Модель 6 Гоночный автомобиль | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Оставь расстояние 2 мм
10
11
12
13
14
15
16
17
Готово!
34
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 7 Тягач
Необходимые детали
5
6
x2
7
x2
x3
11
x1
8
13
14
x2
x2
x1
15
x6
x8
29
16
24
12
18
x 26
21
x1
Тягач
x2
x1
35
Советы по сборке
• используя ветрогенератор с длинными или короткими
лопастями, заранее заряди аккумулятор
• при вставке аккумулятора в держатель соблюдай
полярность
• вместо аккумулятора можно использовать батарейку
1,5 В стандарта АА (заряжать ее нельзя)
1
2
3
4
6
22
x2
x4
5
7
8
35
x1
Модель 7 Тягач | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
9
10
11
12
13
14
17
15
16
18
19
20
21
22
Готово!
36
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА | Модель 8 Гоночный автомобиль – 2
Необходимые детали
5
6
x2
x3
7
8
13
x2
x2
14
x4
18
x 23
23
x2
15
19
x8
x1
12
32
29
17
20
x2
11
x2
x6
x4
x2
24
x1
x1
Гоночный автомобиль – 2
35
x1
x2
Советы по сборке
• используя ветрогенератор с длинными или короткими
лопастями, заранее заряди аккумулятор
• при вставке аккумулятора в держатель соблюдай
полярность
• вместо аккумулятора можно использовать батарейку
1,5 В стандарта АА (заряжать ее нельзя)
1
2
3
5
8
4
6
7
9
10
37
Модель 8 Гоночный автомобиль – 2 | ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
12
13
11
14
16
15
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Готово!
38
15 моделей
165 деталей
#7324
Энергия ветра
8 моделей
133 детали
#7326
Электрические машины
11 моделей
122 детали
#7328
Управляемые роботы
10 моделей
182 детали
#7329
Сила упругости
11 моделей
170 деталей
#7349
Энергия солнца
6 моделей
177 деталей
RE
USE
R
EC
YCL
www.iqcamp.net
#7345R
Магия солнца
22 модели
265 деталей
E
Детали
конструктора
совместимы
с деталями других
конструкторов
серии
Green Energy
#7323
Энергия воды