проект по физике. Беспроводная передача электрического тока с использованием явления электромагнитной индукции

Название	Беспроводная передача электрического тока с использованием явления электромагнитной индукции
Дата	13.05.2022
Размер	225.5 Kb.
Формат файла
Имя файла	проект по физике.doc
Тип	Анализ #527384

Индивидуальный проект по физике на тему «Беспроводная передача электрического тока с использованием явления электромагнитной индукции»

Индивидуальный проект по физике на тему «Беспроводная передача электрического тока с использованием явления электромагнитной индукции» 1

Введение 1

История явления электромагнитной индукции 3

Физические основы явления электромагнитной индукции 4

ЭМИ в современном мире 5

Анализ рынка продукции 6

Плюсы беспроводной зарядки 9

Основа рекламы 10

Заключение 10

Приложение. Текст рекламы 11

Глоссарий 11

Список литературы 12

Введение

Электричество стало неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Его значение и практическую ценность для человечества сложно переоценить. Однако крайне неудобным в использовании его делают провода. Люди пытаются решить эту проблему, собирая альтернативные источники энергии, основанные на явлении электромагнитной индукции, но эта сфера является слишком малоразвитой. Вследствие этого на рынке появляются устройства, рассчитанные на упрощение использования электричества, но средняя стоимость данной продукции высока.

Решением проблемы может стать повышение спроса на альтернативные источники энергии, что приведёт к конкуренции в данной сфере, а значит, заставит производителей искать более экономичные материалы и методы изготовления продукции, что невозможно без финансирования и поддержки научной сферы.

Именно поэтому я решил создать рекламу беспроводных зарядных устройств, которые являются примером использования явления ЭМИ в повседневной жизни. Это продемонстрирует явление электромагнитной индукции, тем самым повысит уровень информирования потенциальных покупателей и их интерес к данной отрасли.

Моими задачами является провести анкетирование для подтверждения или опровержения выдвинутой гипотезы: уровень информирования людей о беспроводной передаче электрического тока недостаточен. Для этого я должна изучить факты об электромагнитной индукции и физические основы данного явления для представления их слушателям, после чего обратить внимание на визуальные аспекты создания рекламы, чтобы безоговорочно заинтересовать аудиторию.

Актуальность: В 21 веке жизнь без электричества невозможна, но иногда крайне неудобным в использовании его делают провода. Кроме того, в рамках научных исследований и проектов также есть необходимость в освобождении пространства от проводов и передаче тока иными способами. Актуальность проекта лежит на поверхности: в современном мире растёт потребность в использовании устройств в с принципом действия, основанном на электромагнитной индукции, которые способны заменить проводные конструкции, но наука не уделяет этому явлению должного внимания.

Противоречие: Ещё известный изобретатель Никола Тесла говорил: «Практическая передача электрической энергии без проводов и производство разрушительного воздействия на расстоянии, безусловно, возможно. Я уже конструировал беспроволочные передачи, которые делают это. Мои навыки продвинулись так далеко, что воздействия большой разрушительной силы могут быть переданы в любую точку земного шара, определенную заранее с большой точностью».

Однако, во-первых, до сих пор на домах и в квартирах, в лабораториях и на заводах полно проводов, которые снижают надёжность оборудования, а также представляют собой опасность. Во-вторых, электричеством обеспечена далеко не вся планета: в некоторых странах это всё ещё роскошь.

Проблема: Отсутствие широкодоступной альтернативы проводным конструкциям вследствие недостаточного уровня развития технологий в сфере электромагнитной индукции.

Цель: К марту 2020 года отснять рекламный видеоролик беспроводных зарядный устройств, тем самым повысив уровень информирования слушателей и их интерес к научной сфере электромагнитной индукции.

Задачи:

Изучить историю явления электромагнитной индукции;
Изучить физические основы явления электромагнитной индукции;
Найти устройства, использующие явление электромагнитной индукции;
Провести анкетирование среди учащихся на тему беспроводной передачи электрического тока;
Выявить плюсы беспроводных устройств;
Отснять рекламный видеоролик и смонтировать его.

Гипотеза: Уровень информирования людей о беспроводной передаче электрического тока (о беспроводных зарядных устройствах) недостаточен.

Продукт: Рекламный видеоролик беспроводных зарядный устройств. В нём представлены основные плюсы беспроводной зарядки в доступной, понятной и интересной форме. Картинка должна вызывать интерес и быть динамичной. Ролик не занимает более двух минут. Присутствует смена локаций и крупные планы беспроводной зарядки.

История явления электромагнитной индукции

В 1822 году в лабораторном дневнике английского физика-экспериментатора Майкла Фарадея появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». На рассуждения его сподвиг опыт Эрстеда, суть которого заключалась в том, что при пропускании через прямолинейный металлический проводник электрического тока магнитная стрелка, расположенная под ним, поворачивалась почти перпендикулярно проводнику.

При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°. Физик считал, что если в этом опыте электрический ток обладает магнитной силой, а, по его же убеждению, все силы взаимопревращаемы, то и движение магнита также должно создавать электрический ток.

В том же 1822 г. Фарадей описывает в своём дневнике попытку обнаружить «состояние», обусловленное течением тока: «поляризовать луч света от лампы путем отражения и попытаться обнаружить, не окажет ли деполяризующее действие вода, расположенная между полюсами вольтовой батареи в стеклянном сосуде...». Ученый так пытался получить какую-нибудь информацию о свойствах тока для продолжения исследования, но опыт не дал ничего.

Следующий похожий опыт датирован 28 ноября 1825 г.: батарея гальванических элементов соединялась проводом; параллельно этому проводу, отделённому двойным слоем бумаги, располагался другой, концы которого присоединялись к гальванометру. Фарадей рассуждал: если ток - движение некой электрической жидкости, и это движение действует на постоянный магнит, то движущаяся жидкость в одном проводнике должна заставить двигаться неподвижную жидкость в другом, вследствие чего гальванометр должен зафиксировать ток. Эксперимент также дал отрицательный результат.

Десять лет спустя, в 1831 году Фарадей предположил, что индукция должна возникнуть не только при стационарном процессе. Данная мысль оказалась ключевой, потому что главной причиной неудач предыдущих опытов являлось незнание того факта, что электрический ток порождается только переменным магнитным полем, причём достаточно сильным.

В результате был сделан долгожданный прорыв – открыто явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Для усиления данного эффекта следовало быстро передвигать магнит, а проводник свернуть в катушку. С этого открытия начался самый плодотворный период исследований Фарадея (1831—1840), давший научному миру его знаменитую серию статей «Экспериментальные исследования по электричеству».

Установка, на которой экспериментатором было совершено открытие, состояла из кольца 2 сантиметра шириной и 15 сантиметров диаметром, материалом которого послужило мягкое железо. На каждой из половин кольца было намотано большое количество витков медной проволоки, образуя две обмотки.

Проволока замыкала цепь первой обмотки, в витках которой располагалась магнитная стрелка, удаленная настолько, чтобы не сказывалось воздействие магнетизма, созданного в кольце. Сквозь вторую обмотку пропускался ток от батареи гальванических элементов. При пропускании тока магнитная стрелка осуществляла некоторое количество колебаний и успокаивалась; когда ток прерывали, стрелка снова колебалась.

В это же время американский физик Джозеф Генри также успешно проводил опыты по изучению индукции, но, пока он собирался, чтобы опубликовать результаты своих опытов, в печати появилась информация об открытии Фарадеем ЭМИ.

Физические основы явления электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле.

Фарадеем была сформулирована основная причина появления тока в замкнутом контуре. В замкнутом проводящем контуре ток возникает при изменении числа линий магнитной индукции, которые пронизывают этот контур.

Чем больше будет это изменение, тем сильнее получится индукционный ток. Неважно, каким образом мы добьемся изменения числа линий магнитной индукции. Например, это можно сделать движением контура в неоднородном магнитном поле, как это происходило в опыте с магнитом или движением катушки. А можем, например, изменять силу тока в соседней с контуром катушке, при этом будет изменяться магнитное поле, создаваемое этой катушкой.

Индукционный ток в катушке из металлической проволоки возникает при введении магнита внутрь катушки и при его выведения из катушки, а также при изменении силы тока во второй катушке, магнитное поле которой пронизывает первую катушку

Появление электрического тока в замкнутом контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил неэлектростатической природы или о возникновении электродвижущей силы индукции. ЭДС — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.

Единица магнитного потока в Международной системе единиц называется вебером (Вб). Она определяется на основании использования закона электромагнитной индукции. Магнитный поток через площадь, ограниченную замкнутым контуром, равен 1 Вб, если при равномерном убывании этого потока до нуля за 1 секунду в контуре возникает ЭДС индукции 1 В.

ЭМИ в современном мире

Подобный механизм используется и в, например, современных беспроводных зарядках. Но передающее устройство нужно подключать к розетке сетевого напряжения, так что совсем избавиться от проводов не получится. Связь между катушками осуществляется посредством электромагнитного поля, которое проходит через воздушный зазор, так же может проходить и через пластик, дерево и другие не металлические поверхности.

Почему же беспроводные зарядные устройства не так актуальны, а лаборатории всё ещё окутаны проводами? Для какого-либо ответа на этот вопрос я решила провести анкетирование среди своих ровесников и их родителей. Всего в опросе приняло участие 50 подростков в возрасте 16-17 лет и 75 взрослых людей (родителей). Целью анкетирования было выявить, что люди знают о современных технологиях и велика ли актуальность устройств, использующих ЭМИ. Содержание анкетирования находится в приложении 1.

По результатам опроса 80% школьников знает, что такое электромагнитная индукция, из курса физики, но большинство из них совершенно не догадываются, где она применяется. Их родители обладают подобной информацией в меньших масштабах – всего 65% тех, кто имеет представления об ЭМИ.

Знающих, что ЭМИ применяется именно в беспроводных зарядных устройствах, среди школьников оказалось всего 7%, среди взрослых - 13%. На вопрос о том, почему в их жизни не используются подобные устройства, большинство школьников ответили, что велика цена, а некоторые из меньшинства заявили: нет потребности (Подробные результаты анкетирования в Приложении 2).

Гипотеза подтвердилась: уровень информирования людей о беспроводной передаче электрического тока недостаточен.

Анализ рынка продукции

Любые выводы всегда нужно подтверждать. Воспользовавшись сервисом для поиска и подбора товаров «Яндекс Маркет», я провела анализ рынка продукции беспроводных устройств.

По запросу «беспроводная зарядка» нашлось четыре страницы товаров, самый популярный из которых - XiaomiMiWirelessChargingPad средней стоимостью в магазинах 1290 рублей.

autoshape 6

Отметим, что средняя стоимость любой проводной зарядки – 200-300 рублей, из чего можно сделать вывод, что беспроводное устройство для среднестатистического покупателя не представляет интереса, так как, скорее всего, для него такая высокая стоимость является переплатой за не столь большие изменения в бытовой жизни и заявленные преимущества.

1. Устройства SAMSUNG

Популярностью также пользуются и устройства этого бренда, а именно две модели:

Samsung EP-P5200

autoshape 7

Samsung EP-P1100

autoshape 8

Цена первого намного выше среднего, второго – практически на равных с Xiaomi.

2. Устройства Apple. Практически каждый скажет: дорого. И будет прав.

autoshape 9

3. Иные производители.

Листая каталог товаров ниже, можно увидеть устройства и за 40000 рублей. Конечно, здесь есть гарантия качества и высокая мощность, но из чего складывается цена? Конечно, не только из используемых материалов, но и из сложности технологии, конструкции. В начале своей работы я заявила, что сфера ЭМИ малоразвита, и данные факты – тому подтверждение.

autoshape 10

Цена в основном так и колеблется от 1500 рублей до 20000 рублей. Ассортимент беспроводных зарядок не так широк. Производством подобных товаров занимаются только ведущие бренды, прибавляя к стоимости не только цену технологии, но и своё имя.

Плюсы беспроводной зарядки

Чтобы убедить потребителей в том, что беспроводные зарядки важны, нужно не только заявить о развитии науки, на которую многим всё равно, но и об удобстве. Стоит ли будущее за беспроводными зарядками?

Плюсы беспроводных зарядных устройств:

Сохранение в целости разъемов. Чем чаще заряжается устройство, тем сильнее расшатывается выделенный для этого разъем. Беспроводные зарядки это исключают, оставляя разъему функцию передачи данных, например, с одного носителя на другой.
Удобство не только в домашних условиях. Будь технология беспроводной зарядке менее затратной – можно было бы оборудовать ими места общественного питания или иные публичные пространства. Гораздо проще положить телефон на стол, чем искать розетку и тянуть провода.
Распространение. Несмотря ни на что, технология набирает популярность. Количество телефонов, поддерживающих её, растёт.
Безопасность. Провода могут выходить из строя: перетираться, ломаться, тем самым представлять опасность для потребителей, повышая вероятность получения удара электрическим током.
Экономия времени. Значительная часть беспроводных зарядных устройств обеспечивают полный заряд аккумулятора несколько быстрее, чем обычные зарядки, что очень важно в наше время, когда время является одним из самых важных ресурсов.

Основа рекламы

Изучив рынок продукции и плюсы беспроводных зарядных устройств, можно приступить к созданию рекламного видеоролика. Передо мной стоит главная цель: заинтересовать зрителей.

На чем нужно акцентировать внимание:

1. Свобода. Это слово должно красной нитью проходить через всё видео, потому что для людей в современном мире очень важна мобильность, независимость, самостоятельность.

Свобода от повреждённых разъемов;
Свобода от угрозы здоровью;
Свобода от необходимости поиска нужного провода;
Свобода от потери времени.

2. Локации. Локации должны выглядеть современно, чтобы зрители могли увидеть простейшую картину инновационного будущего, к которому хочется стремиться. Для съемок были выбраны следующие места Санкт-Петербурга: парк 300-летия, ТРЦ «Галерея», третья (зелёная) ветка санкт-петербургского метрополитена, магазины техники, Крестовский остров.

3. Текст. Помимо упоминания свободы, текст должен быть четким и лаконичным, простым и понятным. Текст представлен в Приложении 3.

Заключение

В ходе исследования были успешно выполнены все поставленные задачи.

Исторические факты об электромагнитной индукции и физические основы данного явления изучены и представлены слушателям. Недостаточный уровень развития технологий в сфере электромагнитной индукции подтверждается малым количеством и высокой стоимостью устройств, использующих вышеуказанное явление.

Также с помощью анкетирования подтвердилась выдвинутая гипотеза: уровень информирования людей о беспроводной передаче электрического тока недостаточен. Кроме того, отснят рекламный видеоролик беспроводных зарядных устройств для повышения уровня информирования слушателей и их интереса к научной сфере электромагнитной индукции.

Приложение. Текст рекламы

Идти в ногу со временем может каждый. Взять те же различные беспроводные технологии. Мы уже не можем представить свою жизнь без вай-фая, и я уверена, что то же самое произойдет и с беспроводными зарядками. Многие люди думают, что это что-то сложное, недоступное для большинства. Но мало того, что они безопаснее и удобнее проводных, их проще использовать. Готовы взглянуть в будущее?

Шаг первый: положите телефон на зарядку. Готово!

Все еще убеждены в том, что вам не нужна беспроводная зарядка? Она даст вам свободу.

Свобода от поврежденных разъемов. Многие из нас сталкиваются с расшатанными из-за проводов разъемами. Беспроводная зарядка же сохранит их целыми.

Свобода от угрозы здоровью. Поломки неприятны, а в случае электрических устройств они могут быть даже опасны.

Свобода от поиска нужного провода. Многие провода совместимы лишь с телефонами одной фирмы, а беспроводная зарядка поддерживает почти любой смартфон.

Хоть и последнее, но очень важное. Беспроводная зарядка даёт свободу от потери времени. Заряжать без проводов - быстрее!

Будущее ближе, чем кажется. Самое время стать его частью.

Глоссарий

Гальванометр — высокочувствительный прибор для измерения силы малых постоянных электрических токов.

Гальванический элемент — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.

Магнетизм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля.

Поляризация волн — характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Проводящий контур — любой замкнутый участок электрической цепи.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле.

Список литературы

Веденеев Б.Е., «Электричество», «ГОСЭНЕРГОИЗДАТ», 1945, №5, 72 с.
Семенов О. Ю., «Молодой ученый», «Издательство молодой ученый», 2016, №10, 74 с.
М. И. Радовский, «Фарадей», «Журнально-газетное объединение», 1936, серия «Жизнь замечательных людей» в. 19-20, 162 с.
Гл. ред. А.М. Прохоров «Физическая энциклопедия», «Большая Российская энциклопедия», 1998, Т.5, 692 с.
Интернет-ресурсы