В настоящее время понятно, что электричество используется повсеместно. Промышленность, сельское хозяйство, медицина, экономика, быт и другое невозможно представить себе без электричества. На электричестве работают автомобили, приборы, станки. Благодаря электричеству люди изобрели много необходимых вещей, научились лечить болезни, которые раньше считались неизлечимыми, упростили и обезопасили свою жизнь. Ученые до сих пор не могут найти альтернативу электричеству. Способы получения и передачи его разные.
Передача электроэнергии на расстояние без потерь и больших затрат для большинства даже сейчас кажется фантастической. Но не так давно фантастичной казалась, например, идея освоения космоса, поставленная К.Э. Циолковским. В электротехнике тоже был свой гений, мысливший, как и Циолковский, намного впереди своего века, – Никола Тесла, сербский ученый, живший и работавший в США. Именно его эксперименты и доказывают реальность беспроводной передачи энергии.
Цель работы заключается в изучении способов беспроводной передачи электричества.
Задачи:
1. Проанализировать литературные данные об истории изучения природы электричества, создания и использования источников энергии;
2. Выяснить вклад Н.Тесла в практической реализации передачи электричества на расстояние;
3. Провести анкетирование учеников лицея на предмет осведомленности об источниках энергии, способах ее передачи;
4. Изучить возможности беспроводной передачи электричества в современных условиях;
5. Изучить методику и поставить опыт передачи электричества на расстояние.
Объект исследования – технология передачи электроэнергии на расстояние.
Предмет исследования – способы беспроводной передачи электричества.
Обзор литературы. Началом истории электричества можно назвать времена примерно 1600 года. Именно в этом году Уильям Гилберт ввел в обращение термин «электричество» («янтарность»), а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть. Вплоть до 1800 г. продолжались исследования в данном направлении. Алесандро Вольта был создан простейший гальванический элемент, что породило понятие электрического напряжения. В 1831 году, когда М.Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. В последствие Ленц обобщил опыты Фарадея, создав основу для создания электрогенераторов и электродвигателей. С 1900 года началось масштабное внедрение электричества в общество людей – это первые электрофицированые производства с электрооборудованием, начало строительства мощных электростанций и усовершенствование непосредственной электропередачи на большие расстояния, внедрение и широкое распространение городского электротранспорта. В этот период появились первые прототипы нынешних электроустройств: свинцовый аккумулятор, электрозвонок, буквопечатный электромагнитный телеграф, электрогенераторы и электродвигатели различных типов, простейшие электрические лампы, радиопередатчики Попова, первый электротранспорт и многое другое.
Современная жизнь невозможна без электричества. От электроэнергии напрямую зависит промышленное и пищевое производство, работа магазинов, других городских заведений, в том числе медицинских, образовательных и т.д. Без электричества невозможно освещение ночных улиц и безопасное дорожное движение. Работа современных средств связи (телеграфа, телефона, радио, телевидения) основана на применении электроэнергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, компьютерных технологий в разных сферах, вычислительной и космической техники. Одним из способов передачи электричества без потерь и больших затрат является его беспроводная передача [4]. Данный вид передачи может использоваться для подзарядки электроприборов – телефонов, бытовой техники, в будущем, электрокаров [6,8]. В данной работе приводятся сведения об истории создания метода, его авторе – Н. Тесла, возможностях использования передачи электричества на расстояние в современном мире.
Методы исследования.
1. Анализ литературных данных.
2. Анкетирование. С использованием анкеты проведен опрос 34 учеников начальной школы СМТЛ, из них 16 учеников 3 класса, 18 учеников 4 класса. Было предложено ответить на следующие вопросы:
- знаете ли Вы что-нибудь об ученом Николе Тесла? (Слышали Вы что-нибудь о нем?)
- по Вашему мнению, необходимо ли человечеству электричество?
- напишите, пожалуйста, почему Вы выбрали во втором номере ответ 1 или 2
- напишите, пожалуйста, какие виды станций, на которых люди создают электричество, Вы знаете
- как Вы думаете, возможна ли передача электричества на расстояние без проводов?
Все участники ответили на все вопросы.
2. Эксперимент. Поставлен опыт беспроводной передачи электричества. Все необходимые материалы и ход работы приведены в литературных источниках.
Основная часть.
Вклад Н. Тесла в изучение передачи электричества на расстояние. Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в селе Смиляны в Хорватии в семье сербского священника. В 1878 году Тесла окончил институт в Граце, в 1880 году – Пражский университет. После этого он работал на телеграфе в Будапеште, позднее в Париже, потом в Страсбурге. В 1883 году Тесла построил свой первый электродвигатель. Год спустя на талантливого физика обратил внимание Томас Эдисон, пригласивший Тесла в свою лабораторию. Молодой Тесла переехал на работу в США, где и прожил всю оставшуюся жизнь. Как известно, Эдисон изобрел электрическую лампочку и фонограф. Однако, они работали на постоянном токе, в то время как Тесла видел будущее физики лишь в переменном токе. Выйдя из команды Эдисона в 1887 году, Никола основал компанию “Тесла Электрик Лайт Компани”, где занимался системами передачи и распределения многофазных токов. Позднее эта технология была использована компанией “Вестингхаус Электрик” при постройке гидроэлектростанции на Ниагаре мощностью в 50000 лошадиных сил [7].
В 1891 году, в своей лаборатории в городе Колорадо-Спрингс Тесла сконструировал огромный резонансный трансформатор, позволявший получать высокочастотное напряжение с амплитудой до нескольких миллионов вольт. Ученый исходил из предположений, согласно которым наша планета является великолепным проводником электричества, и через нее можно передавать энергию на любые расстояния. Проводя опыты, Тесла пришел к выводу, что энергию лучше всего передавать путем “ее отражения от земли и ионосферы”. Данная теория была экспериментально подтверждена лишь в 1950 году [1,2,5,9].
Всемирную известность Тесла обрел как создатель электродвигателя и генератора, работающих на переменном токе, которые стали основными вехами второго этапа промышленной революции.
Результаты и обсуждение
При анализе данных анкетирования учеников были получены следующие результаты. Менее половины участников (44,12%) знают или что-либо слышали о Н. Тесте. Большинство (91,18%) считают электричество необходимым для человечества: без него невозможно представить современный мир, быт, работу, учебу, использование современных средств общения. Лишь 3 человека (8,82%) ответили, что можно обойтись без электричества, так как оно может быть опасно, люди в древние времена могли обходиться без электричества. 47,06% учеников смогли назвать виды станций, на которых создают электричество (ГЭС, в частности, Жигулевская ГЭС, ТЭС, АЭС, ВЭС, солнечные батареи). Большая часть участников – 52,94% – не смогли назвать промышленные источники электричества. 20 учеников (58,82%) считают передачу электричества на расстоянии возможной, 15 человек (41,18%) – невозможной.
Интересны результаты сравнения ответов на вопросы учеников 3 и 4 класса. Так как количество участников в классах было одинаковым, результаты можно сопоставлять. Выявлено, что о Н. Тесле известно большей половине учеников 4-го класса, и только 1/3 третьеклассников знают или слышали о нем. Однако, ученики 3-го класса назвали большее количество источников электричества, а 66,67% четвероклассников не смогли привести какие-либо примеры. Одинаковое количество участников анкетирования из 3-го и 4-го классов считают передачу электричества на расстоянии возможной.
С целью выяснения возможности передачи электроэнергии на расстояние проведен опыт. Для проведения опыта необходимы следующие материалы и приборы: медный провод небольшого диаметра длиной 7 м; цилиндр диаметром 4 см; пальчиковая батарейка; коробка для батарейки; резистор 10 Ом; транзистор C2482; светодиод.
Ход работы [3,10]
1.Провод длиной 4 метра согнуть вдвое, чтобы с одного конца осталось два проводка, а с другого конца – согнутая часть.
2.Один из проводов подогнуть в любую сторону и намотать на цилиндр.
3. Дойдя до середины, сдвоенный проводок оставить в любую сторону и продолжать наматывать пока не останется небольшой кусок, который также нужно оставить.
4. Полученное кольцо с тремя концами снять с цилиндра и закрепить изоляционной лентой.
5. Второй отрезок провода длиной в 3 м намотать обычным способом. В этом случае нужно получить не три конца, как в случае прошлого наматывания, а – два.
6. Полученное кольцо закрепить изолентой.
7. Зачистить кончики проволоки от защитного слоя лака.
8. Собрать схему, в которой катушка с тремя выходами предназначена для подключения источника питания резистора и транзистора, а на вторую катушку, на которой есть два конца, прикреплен светодиод.
9. Загорание светодиодной лампочки служит тестером беспроводной передачи электричества.
Таким образом, передача электричества на расстоянии без проводов возможна.
Выводы
• Беспроводная передача электричества возможна, существуют различные способы такой передачи.
• Изобретения Н. Тесла актуальны и могут использоваться для создания беспроводных зарядных устройств для бытовой и автомобильной техники.
• По результатам анкетирования выявлено, что знают о возможности передачи электричества на расстоянии 58,82% учеников, а 41,18% считают ее невозможной, привели примеры источников электричества 50,0% участников исследования.
• изучение темы, проведение опыта и обсуждение его с одноклассниками позволило вызвать интерес к теме, освоить навыки постановки эксперимента, в дальнейшем более глубоко и детально изучать данную проблему.
Библиографическая ссылка
Мякишев С.К. НИКОЛА ТЕСЛА: ВЧЕРА И СЕГОДНЯ. ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ // Старт в науке. – 2018. – № 5-1. ;URL: https://science-start.ru/ru/article/view?id=1071 (дата обращения: 24.04.2024).