Что такое динамо-машина. Первые генераторы постоянного тока

В 1831 году английский физик Михаил Фарадей открыл очень интересное явление и вывел из него закон электро­магнитной индукции. Сущность электромагнитной индукции заключается в том, что в медном проводе, если его вращать в неоднородном магнитном поле, то-есть между полюсами магнита или электромагнита, возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле возбуждает движение электро­нов, и по проводнику начинает течь электрический ток.
Но откуда же появилось электромагнитное поле и элек­трический ток, спросите вы, если у нас находится только обыкновенная медная проволока, намотанная на металличе­ский стержень?
Дело в том, что металлический стержень обладает маг­нитным свойством. Но пока стержень этот—немагнитный, потому что магнитные частицы расположены в нем неупорядо­ченно, как попало. Если эти магнитные частицы привести в порядок, то-есть расположить согласно магнитным полюсам, то стержень приобретает свойство магнита и будет притяги­вать к себе металлические предметы. Такое упорядочение магнитных сил можно произвести путем намагничивания стержня постоянным магнитом или электрическим током с помощью катушки. Можно это сделать и с помощью силь­ного вращения одного электромагнита вокруг другого.
В стержне электромагнита всегда имеются слабые следы магнетизма, которые возбуждают в обмотках слабый электри­ческий ток. А когда начинают вращать один электромагнит вокруг другого, электромагнит намагничивается еще силь­нее, а усиление магнитных сил увеличивает ток в обмот­ках и т. д. Таким образом при наибольшей скорости вра­щения электромагнита ток в обмотке достигает полной силы. Собранный при помощи специального устройства, называемого коллектором, электрический ток направляется во внешнюю электрическую цепь. Следовательно напряже­ние, даваемое таким устройством, зависит от магнитной способности сердечника, скорости вращения и длины обмот­ки электромагнита. Но практическое применение этого зако­на сначала пошло не по линии создания производителя электроэнергии, а по линии ее потребителя—электромотора.
Вскоре после открытия Фарадеем закона электромагнит­ной индукции, в том же 1831 году, был построен первый прибор, преобразующий электрическую энергию в механи­ческую. Следует заметить, что Фарадей, открыв явление электромагнитной индукции, еще не создал электродвигателя.
Первые изобретатели электродвигателей придерживались при их конструировании принципов работы паровых машин.
Так, один из первых конструкторов электродвигателя—Бур-буз сделал точную копию паровой машины, заменив цилин­дры электромагнитами, а поршни—металлическими якорями. Переключатель напряжения — современный коллектор—также был выполнен в виде золотниковой коробки паровой маши­ны. Такой двигатель представлял собой две пары электро­магнитов, между которыми была установлена стойка с коро­мыслом. На коромысле помещались якоря, и в то же время коромысло было соединено системой рычагов с маховиком. От кулачка маховика шел шток к переключателю в виде зо­лотниковой коробки. При включении тока одна пара электро­магнитов притягивала к себе якорь, приводя в движение рычаги и поворачивая маховик. При притяжении якоря к пер­вой паре электромагнитов, шток переключателя переводил ползун и, разрывая действующую цепь, включал тут же цепь второго электромагнита. Второй якорь притягивался ко вто­рой паре электромагнитов, рычаги перемещались и вращали маховик дальше.
Первые электродвигатели, действовавшие по принципу так называемого возвратно-поступательного движения, были очень слабы и не могли быть практически применены. Но уже в 1834 году русский академик Борис Семенович Якоби, который открыл гальванопластику, построил первый электро­двигатель без возвратно-поступательного движения. В его двигателе рабочая часть, то-есть якорь, совершала враща­тельное движение, как и в современном электромоторе.
Первый электромотор Якоби был очень прост по устрой­ству: над электромагнитами устанавливалась горизонтальная оеь с насаженными на нее деревянными кругами, в которые по окружности были вставлены металлические стержни. На конце оси была прикреплена металлическая звездочка с коли­чеством зубцов, равным количеству металлических стержней якоря. К звездочке приставлялась пружина, которая при вращении якоря поочередно касалась зубцов звездочки и тем самым периодически включала напряжение в обмотку электро­магнита, а последний, поочередно притягивая стержни якоря, вращал его на оси.
Позднее, в 1838 году, Якоби сконструировал электродви­гатель, который сам же практически применил на первой в мире электромоторной лодке. Этот двигатель состоял из 4 электромагнитов статора и 4 электромагнитов ротора. Ввиду того, что Якоби в этом двигателе на роторе-якоре применил тоже электромагниты, мотор обладал уже практической мощностью.
Занимаясь дальнейшими исследованиями и усовершенство­ваниями своего электродвигателя, Якоби заметил, что если, прилагая механическую силу, вращать якорь его электродви­гателя, то в обмотках возникает электрический ток и таким образом электродвигатель из потребителя электроэнергии превращается в ее производителя. Это было новое открытие русского ученого, которое послужило началом создания гене­ратора электрической энергии—динамомашины. Таким обра­зом были намечены пути прямого применения закона электро­магнитной индукции, открытого Фарадеем, о чем уже гово­рилось в начале этого раздела.
Совместно с известным ученым Ленцем, Якоби определил основные законы электрического тока и принципы, на кото­рых действуют электродвигатели.
Эти новые открытия в области применения электричества Фридрих Энгельс определил так: „…Это колоссальная рево­люция. Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества от­кроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии— теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет—одну в другую и обратно и применять их в промыш­ленности (Маркс и Энгельс, соч., т. XXVII, стр. 289.)
Благодаря усовершенствованию электродвигателей мы уже имеем возможность преобразовывать любые виды энергии одна в другую и с успехом использовать все виды энергии для развития социалистического народного хозяйства.
Исключительно много сделали в области усовершенство­вания электродвигателей и генераторов, а также в области магнитологии русские и, в частности, советские ученые.
С момента зарождения электротехники очень много вни­мания уделялось исследованию магнитных свойств железа, так как оно являлось основным строительным материалом электродвигателей и от его магнитных свойств зависел успех работы нового двигателя. Замечательные исследования рус­ского ученого Александра Григорьевича Столетова, произве­денные в 1872 году, явились законополагающими в этой области. Он установил, что магнитная проницаемость желе­за—величина непостоянная. Она изменяется в зависимости от структуры железа и степени его намагничивания. Выве­денные из этого научные расчеты Столетовым и по настоя­щее время применяются учеными и инженерами при конст­руировании электродвигателей.
Русский электротехник Павел Николаевич Яблочков (1847— 1894), изобретатель первой дуговой электрической лампы, первый построил якорь электромотора барабанного типа^ который является самой совершенной конструкцией. П. Н.Яб­лочков первым в мире построил и альтернатор—генератор переменного тока, который применяется теперь на всех электростанциях.
Революцию в области получения электроэнергии произвел своим изобретением генератора трехфазного тока в 1890 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольский.
Большой вклад в развитие магнитологии—науки о магни­тах и магнитных явлениях—внес советский ученый-магни­толог, действительный член Академии наук СССР, лауреат Сталинской премии Николай Сергеевич Акулов. Он открыл важный закон, известный как закон Акулова. Пользуясь этим законом, можно заранее определить, как при намагни­чивании отдельных металлов изменяется их электропровод­ность, теплопроводность и другие качества.

1. Задание 1 из 15

   1 .

   Нарушаются ли Правила в изображенных ситуациях?

   Правильно
   

   е) буксировать велосипеды;

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   г) во время движения держаться за другое транспортное средство;

   е) буксировать велосипеды;

2. Задание 2 из 15

   2 .

   Кто из велосипедистов не нарушает правила?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   б) двигаться по автомагистралям и дорогам для автомобилей, а также по проезжей части, если рядом обустроена велосипедная дорожка;

3. Задание 3 из 15

   3 .

   Кто должен уступить дорогу?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.5. Если велосипедная дорожка пересекает дорогу вне перекрестка, велосипедисты обязаны уступить дорогу другим транспортным средствам, движущимся по дороге.

4. Задание 4 из 15

   4 .

   Какие грузы разрешается перевозить велосипедисту?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   22. Перевозка груза

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.4. Велосипедист может перевозить только такие грузы, которые не мешают управлять велосипедом и не создают препятствий другим участникам дорожного движения.

   22. Перевозка груза

   22.3. Перевозка груза разрешается при условии, что он:

   б) не нарушает устойчивости транспортного средства и не затрудняет управление им;

5. Задание 5 из 15

   5 .

   Кто из велосипедистов нарушает Правила при перевозке пассажиров?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   д) перевозить пассажиров на велосипеде (за исключением детей до 7 лет, перевозимых на дополнительном сиденье, оборудованном надежно закрепленными подножками);

6. Задание 6 из 15

   6 .

   В каком порядке проедут перекресток транспортные средства?

   

   Правильно
   

   16. Проезд перекрестков

   
   

   Неправильно
   

   16. Проезд перекрестков

   16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

   16.12. На перекрестке равнозначных дорог водитель нерельсового транспортного средства обязан уступить дорогу транспортным средствам, которые приближаются справа.
   Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители трамваев. На любом нерегулируемом перекрестке трамвай, независимо от направления его дальнейшего движения, имеет преимущество перед нерельсовыми транспортными средствами, приближающимися к нему по равнозначной дороге.

   16.14. Если главная дорога на перекрестке изменяет направление, водители транспортных средств, движущихся по ней, должны руководствоваться между собой правилами проезда перекрестков равнозначных дорог.
   Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители, движущиеся по второстепенным дорогам.

7. Задание 7 из 15

   7 .

   Движение на велосипедах по тротуарам и пешеходным дорожкам:

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   в) двигаться по тротуарам и пешеходным дорожкам (кроме детей до 7 лет на детских велосипедах под присмотром взрослых);

8. Задание 8 из 15

   8 .

   Кто имеет преимущество при проезде пересечения с велосипедной дорожкой?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.5. Если велосипедная дорожка пересекает дорогу вне перекрестка, велосипедисты обязаны уступить дорогу другим транспортным средствам, движущимся по дороге.

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.5. Если велосипедная дорожка пересекает дорогу вне перекрестка, велосипедисты обязаны уступить дорогу другим транспортным средствам, движущимся по дороге.

9. Задание 9 из 15

   9 .

   Какая дистанция должна быть между группами велосипедистов, движущихся в колонне?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.3. Велосипедисты, двигаясь группами, должны ехать друг за другом, чтобы не мешать другим участникам дорожного движения. Колонна велосипедистов, движущаяся по проезжей части, должна быть разделена на группы (до 10 велосипедистов в группе) с дистанцией движения между группами 80-100 м.

10. Задание 10 из 15

    10 .

    Транспортные средства проедут перекресток в следующем порядке

    

    Правильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    Неправильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    16.13. Перед поворотом налево и разворотом водитель нерельсового транспортного средства обязан уступить дорогу трамваю попутного направления, а также транспортным средствам, движущимся по равнозначной дороге во встречном направлении прямо или направо.

11. Задание 11 из 15

    11 .

    Велосипедист проедет перекрёсток:

    

    Правильно
    

    16. Проезд перекрестков

    Неправильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    8.3. Сигналы регулировщика имеют преимущество перед сигналами светофоров и требованиями дорожных знаков и являются обязательными для выполнения. Сигналы светофоров, кроме желтого мигающего, имеют преимущество перед дорожными знаками приоритета. Водители и пешеходы должны выполнять дополнительные требования регулировщика, даже если они противоречат сигналам светофоров, требованиям дорожных знаков и разметки.

    16. Проезд перекрестков

    16.6. Поворачивая налево или разворачиваясь при зеленом сигнале основного светофора, водитель нерельсового транспортного средства обязан уступить дорогу трамваю попутного направления, а также транспортным средствам, движущимся во встречном направлении прямо или поворачивающим направо. Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители трамваев.

12. Задание 12 из 15

    12 .

    Мигающие красные сигналы данного светофора:

    

    Правильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    Неправильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    8.7.6. Для регулирования движения на железнодорожных переездах используются светофоры с двумя красными сигналами или одним бело-лунным и двумя красными, имеющими следующие значения:

    а) мигающие красные сигналы запрещают движение транспортных средств через переезд;
    

    б) мигающий бело-лунный сигнал показывает, что сигнализация исправная и не запрещает движения транспортных средств.

    На железнодорожных переездах одновременно с запрещающим сигналом светофора может быть включен звуковой сигнал, дополнительно информирующий участников дорожного движения о запрещении движения через переезд.

13. Задание 13 из 15

    13 .

    Водитель какого транспортного средства проедет перекресток вторым?

    

    Правильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    16.14. Если главная дорога на перекрестке изменяет направление, водители транспортных средств, движущихся по ней, должны руководствоваться между собой правилами проезда перекрестков равнозначных дорог.
    

    Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители, движущиеся по второстепенным дорогам.

    Неправильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    16.14. Если главная дорога на перекрестке изменяет направление, водители транспортных средств, движущихся по ней, должны руководствоваться между собой правилами проезда перекрестков равнозначных дорог.
    

    Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители, движущиеся по второстепенным дорогам.

    16 Проезд перекрестков

    Неправильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    8.7.3. Сигналы светофора имеют следующие значения:

    Сигнал в виде стрелки, разрешающий поворот налево, разрешает и разворот, если он не запрещен дорожными знаками.

    Сигнал в виде зеленой стрелки (стрелок) в дополнительной (дополнительных) секции (секциях), включенный вместе с зеленым сигналом светофора, информирует водителя о том, что он имеет преимущество в указанном стрелкой (стрелками) направлении (направлениях) движения перед транспортными средствами, движущимися с других направлений;

    е) красный сигнал, в том числе мигающий, или два красных мигающих сигнала запрещают движение.

    Сигнал в виде зеленой стрелки (стрелок) в дополнительной (дополнительных) секции (секциях) вместе с желтым или красным сигналом светофора информирует водителя о том, что движение разрешается в указанном направлении при условии беспрепятственного пропуска транспортных средств, движущихся с других направлений.

    Стрелка зеленого цвета на табличке, установленной на уровне красного сигнала светофора с вертикальным расположением сигналов, разрешает движение в указанном направлении при включенном красном сигнале светофора с крайней правой полосы движения (или крайней левой полосы движения на дорогах с односторонним движением) при условии предоставления преимущества в движении другим его участникам, движущимся с других направлений на сигнал светофора, разрешающий движение;

    16 Проезд перекрестков

    16.9. Во время движения в направлении стрелки, включенной в дополнительной секции одновременно с желтым или красным сигналом светофора, водитель должен уступить дорогу транспортным средствам, движущимся с других направлений.

    Во время движения в направлении стрелки зеленого цвета на таблице, установленной на уровне красного сигнала светофора с вертикальным расположением сигналов, водитель должен занять крайнюю правую (левую) полосу движения и уступить дорогу транспортным средствам и пешеходам, движущимся с других направлений.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

В ведение

Очень часто появляется необходимость найти альтернативный источник питания вместо обычной пальчиковой батарейки. Батарейки стоят довольно дорого и заканчиваются очень быстро. А главное очень часто они нужны тогда, когда нет возможности их сразу приобрести.

Началу нашего эксперимента положила простая необходимость в электропитании напольных весов. Дело в том, что батарейки, от которых прежде работали весы, заканчивались очень быстро, требовался иной источник питания для большего удобства. Одним из вариантов стало USB, но потом пришла идея: почему бы не попробовать запитать весы динамо-машиной. Этот тип источника электрической энергии незаслуженно забыт в настоящее время.

И тут возникло множество вопросов: Как же устроена динамо-машина? На чем основывается принцип её работы? Можно ли вообще собрать динамо-машину в домашних условиях? Что для этого нужно? Будет ли такой вариант питания эффективным?

Такая задача активно стимулировала наш интерес к приобретению новых знаний об окружающем мире, физических явлениях и электрическом токе, в частности. Так проблема бытового уровня положила начало серьезного эксперимента.

Работа проведена с использованием специальной литературы, фотоматериалов, справочной информации, полученной со специализированных сайтов в сети Интернет. В результате проекта собрана информация об особенностях устройства динамо-машин, принципе их работы, отличительных особенностях разных типов прибора. На основании проведенного эксперимента сделаны выводы о возможности сборки и использовании динамо-машин дома.

Проведенный опыт был интересен и познавателен, он способствовал развитию навыков работы со схемами, желания узнавать окружающий нас мир с его физическими законами и явлениями, появлению интереса школьников к научной деятельности и глубокому изучения вопросов физики.

Цель данной работы - доказать возможность изготовления и использования динамо-машин в домашних условиях и сравнить работу прибора от динамо-машины и от обыкновенного источника питания.

Задачи исследования

Собрать динамо-машину с электрическим потенциалом в 3,5 вольт в домашних условиях.

Сравнение работы приборов от созданного генератора тока с их же работой, но от альтернативного источника питания.

Решение задач

Изучение специальной литературы и сбор необходимых компонентов для изготовления динамо-машин.

Поочередное подключение динамо-машины и компьютера к электронным весам и сравнение точности показаний весов с помощью взвешивания тел известной массы.

Этапы работы:

Подбор и изучение литературы о генераторах постоянного тока (динамо-машинах). Поиск ответа на следующие вопросы: что такое динамо-машина, история создания и области ее применения.

Подбор интересных схем и необходимого оборудования для изготовления динамо-машины.

Изготовление и проверка в работе изготовленных моделей динамо-машины.

Сравнение работы домашних приборов (напольные весы) от обычного источника питания и от динамо-машины.

Глава 1. Динамо-машина: определение, устройство, история создания, сферы применения.

Динамо-машина, или генератор электрического тока, — это устройство, которое преобразует в электрическую энергию другие состояния энергии: тепловую, механическую, химическую.

Динамо-машина состоит из катушки с проводом (ротора), вращающейся в магнитном поле, создаваемом статором, или наоборот: вращается магнит, а катушка неподвижна. Энергия вращения, согласно закону Фарадея преобразуется в переменный ток, но поскольку в XIX веке не умели практически использовать переменный ток, то они использовали щеточно-коллекторный узел для того, чтобы инвертировать изменяющуюся полярность (получить постоянный ток на выходе). В результате получался пульсирующий ток постоянной полярности.

В 1827 году Аньошем Йедликом была изобретена первая динамо-машина. Он сформулировал концепцию динамо на шесть лет раньше, чем она была озвучена Сименсом, но не запатентовал её.

В наше время термин динамо используется в основном для обозначения небольшого велосипедного генератора, питающего велосипедную фару, а также небольшого генератора, встроенного в электрические фонарики — т.н. электродинамические или самозарядные фонари, способные работать автономно без батареек или аккумуляторов и не нуждающиеся в подзарядке от стационарной электросети 220 В или в смене элементов питания, и способные работать неограниченно долгое время в полевых условиях.

В современное время динамо также используется в некоторых видах тренажёров серии для неоновой подсветки и также в гироскопических тренажёрах для кистей рук.

Глава 2. Проектирование

Первый опытный образец динамо-машины было решено сконструировать из самых доступных материалов и подручных инструментов:

Электромотор постоянного тока (от детской игрушки)

Фрагменты наличника

мебельные уголки

шкив диаметром 80 мм (сборный из дерева и гетинакса)

ручка из металлической пластины с отверстиями для крепления

приводящий ремень из резины

Общий вид конструкции см. Рисунок.1.

Рисунок 1

В соответствие со Схемой 1, крутящий момент с ведущего вала, на котором были закреплены шкив большого диаметра и рукоятка для его вращения, через приводной ремень передавался на шкив маленького диаметра, закрепленного непосредственно на валу моторчика.

Запуск динамо-машины и замер генерируемого тока позволил сделать следующие выводы:

Да, электромотор постоянного тока можно использовать в качестве генератора тока.

Первые пуски дали неутешительный результат - отдача устройства не превысила 0.6 вольт при чрезвычайно высоких физических усилиях. Для питания современных бытовых приборов это явно недостаточно.

Повышение эффективности в такой схеме требовало замены ведущего шкива на другой гораздо большего диаметра или оснащение её сложным редуктором-мультипликатором. Таким образом, первая попытка создания рабочего образца прибора окончилась неудачей.

Так как подходящих материалов для совершенствования первого образца не нашлось, было принято решение взять за основу нового прототипа механическую часть неисправного компьютерного CD-привода, также имеющего мотор постоянного тока и редуктор для передачи момента от него до рейки на лотке для дисков.

Для создание второго образца динамо-машины было использовано:

Механизм выдвижного лотка CD дисков в сборе

Микросема диодного моста

Резистор 500 Ом

Светодиод

Конденсатор емкостью 10000 микро Ф

Кабель электрический с разъемом USB тип А гнездо.

Общий вид второго варианта динамо-машины показан на Рисунке 2.

В этой новой схеме сборки лоток, - наоборот, - выступил в качестве рукоятки, придающей вращение нашему генератору. Этот вариант оказался гораздо удачнее - тестер замерил более 5 вольт на клеммах моторчика.

Рисунок 2

Далее в соответствие со Схемой 2, к выводам электромотора был припаян диодный мостик. Дело в том, что возвратно-поступательные движения лотком в нашем устройстве приводят к генерации переменного тока. А диодный мост - электронное устройство, служащее для его выпрямления. Далее мы смонтировали конденсатор большой ёмкости для сглаживания бросков напряжения и светодиод для визуализации наличия напряжения на контактах разъёма подключения потребителей.

Запуск второго образца динамо-машины показал отличные результаты. При равномерном движении лотка значения вырабатываемого тока соответствовало необходимому уровню (см. Рис.3) для питания бытовых напольных весов, что позволило перейти ко второй части эксперимента - испытаниям.

Рисунок 3

Глава 3 Испытания

Проверка работы динамо-машины была проведена на бытовых напольных весах. Нам потребовались гантели (m=12.5 кг) и человек (неизвестной массы).

Для большей точности, взвешивание каждого тела производилось по 5 раз, для последующих сравнений использовались средние показания (см. Таблица 1).

Алгоритм взвешиваний:

Сначала подключаем весы через USB-разъём к сети (порт компьютера) и взвешиваем первое тело - гантели,

Затем переключаем весы к динамо-машине, подаем питание и производим измерения.

Повторяем операции по взвешиванию с человеком.

Таблица 1

Питание весов: от сети (С), от динамо-машины (Д)		Показания весов (в кг)

Первые взвешивания гантелей известной массой 12,5 кг дали показания с небольшой погрешностью в обоих вариантах взвешивания, не зависимо от вида питания. Результаты: масса 12,6 кг (см. рис.4 и 5)

Рисунок 4

Рисунок 5

Результаты взвешивания человека (его точная масса заранее нам неизвестна) показали: масса тела = 54.0 кг в обоих случаях взвешивания. (см. рис.6 и 7)

Рисунок 6

Рисунок 7

Была произведена проверочная третья серия взвешиваний - человека с гантелями в руках. Результаты одинаковы в обоих вариантах взвешиваний.

По итогам второй части эксперимента можно сделать вывод, что прибор (весы) работает от генератора тока верно и способен давать точные показания, равно как и при работе от эталонного источника питания, за который мы приняли компьютерные 5 вольт.

Таблица 2

Динамо-машина
компоненты	стоимость
CD -ROM неисправный
Резистор
Мост диодный
Конденсатор
USB удлинитель дл. 1 м
Итого:	307 руб.

Таблица 3

Выводы

Динамо-машина может являться альтернативным экологичным и долговечным источником питания бытовых приборов.

Возможно создание мобильных весов за счет переносного источника питания.

Этот опыт стимулирует развитие интереса школьников к научной деятельности и разработке новых экологичных приборов.

Список литературы

http://cxem.net/house/1-267.php видео «Динамо машина своими руками»

http://tehnojuk.ru/tehno/elektro/dinamo

А.В. Перышкин, Н.А. Родина, «Физика.8класс», Москва «Просвещение», 1989 г.

Одним из популярных технических приспособлений является динамо на велосипед. Именно о том, какие существуют типы этого устройства, для чего используется и их особенностях.

Типы динамомашин для велосипеда

Динамо для велосипеда – это электрический генератор, который вырабатывает энергию для питания электроприборов установленных на велосипеде, например фар или блока питания для навигатора.

На сегодняшний день широкое распространение получили два вида динамомашин для велосипеда, а именно: бутылочная динамка и динамо втулка.

Вне зависимости от типа, оба они генерируют электрическую энергию за счет вращения магнита внутри катушки. Таким образом, в велосипедных динамо машинах якорь является неподвижным элементом, а статор вращается.

Этот вид получил свое название за внешнее сходство с обычной бутылкой. Бутылочная динамо машина для велосипеда была наиболее распространена у нас в стране во времена советского союза. Она имеет неоспоримые достоинства, в число которых входит:

• Простота установки и демонтажа;
• Возможность отключения;
• Невысокая цена.

В то же время, для бутылочного типа свойственны недостатки, которые в некоторых случаях делают ее установку нежелательной или вообще невозможной. К ним необходимо отнести:

• Установка влечет появление ассиметричной массы на вилке;
• Повышенная шумность при работе;
• Относительно малая выходная мощность;
• Сопротивление движению;
• Снижение эффективности при неблагоприятных погодных условиях;
• Повышение износа покрышки.

Все перечисленные недостатки предопределенны конструктивными особенностями, и без фундаментальных изменений устранить их невозможно.

Второй вид, популярность которого неизменно растет — так называемая, динамо втулка.

В данном случае, динамомашина для велосипеда конструктивно выполнена как колесная втулка. Выходное напряжение таких генераторов составляет порядка шести вольт при мощности до двух, а иногда, трех ватт.

Все преимущества такой динамо-машины для велосипеда, определяются ее конструктивной особенностью. К числу «плюсов» необходимо отнести:

• Абсолютная бесшумность. Это достигается за счет конструктивного выполнения в виде втулки для колеса;
• Динамо работает без использования эффекта трения, а потому не влияет на износ покрышки и иных деталей;
• Полностью сбалансированная конструкция исключает дисбаланс на вилке;
• Высокая эффективность. Поскольку нет трущихся поверхностей, проскальзывания не будет при любых погодных условиях;
• Полная изоляция от стальной конструкции велосипеда электрической цепи проводки.

При всем том, динамо втулка не может быть отключена, при движении она работает постоянно. Некоторые специалисты считают этот момент недостатком, однако объективно, при отключенной нагрузке, динамо не будет влиять на свободу вращения колеса, а потому считать невозможность отключения за недостаток будет в корне неверно. Еще один момент – высокая масса, хотя при идеальной балансировке, это не влияет на ходовые качества велосипеда в той степени, в какой станет ощутимо на практике. Единственный серьезный недостаток – цена и сложность конструкции, а также то, что для установки такого генератора необходимо перебирать все колесо, а это, несомненно, требует определенных умений и подготовки.

Итак, выбирая, динамо для своего двухколесного друга, помните о безопасности, надежности и ориентируйтесь на ваши финансовые возможности. Какая будет динамка для велосипеда, решать, безусловно, вам и никому другому.

Поскольку этот тип генератора набирает популярность, остановимся на некоторых его особенностях, которые необходимо знать и понимать.

Прежде всего, если бутылочный генератор вырабатывает постоянный электрический ток, то динамо втулка для велосипеда генерирует переменное напряжение. В чем разница? Попробуем разобраться, не углубляясь излишне в электродинамику.

Постоянный ток имеет полюса: «плюс» и «минус». Такой ток всегда течет в одном направлении от плюса к минусу. Переменное напряжение не имеет полярности. Для того, чтобы горела обычная лампа накаливания, не имеет значения то, какой будет ток, постоянный или переменный. Но для светодиодной фары все обстоит иначе: светодиоды будут работать только при постоянном токе и правильном подключении. Если устанавливается динамо втулка на велосипед, то подключать светодиодную фару необходимо через специальный выпрямительный мост. Это будет актуально для любых потребителей энергии, рассчитанных на питание от источника постоянного тока.

Установка динамо втулки

При установке бутылочного генератора трудностей не возникает, а вот втулка генератор для велосипеда, заставит вас поработать.

Прежде всего, поскольку сама конструкция такого генератора предусматривает установку в качестве несущей втулки, колесо придется снять и полностью разобрать. Предварительно позаботьтесь о комплекте укороченных спиц. После полной разборки, укрепите короткими спицами обод на втулке. Старайтесь ровно и равномерно установить, постепенно натягивая спицы, а после, подтягивая, укрепить обод окончательно. Затем необходимо сделать балансировку и проверить на биение и дисбаланс.

Внимание! В генераторе бутылочного типа, на корпусе идет минус питания. Динамо втулка не имеет электрического контакта с корпусом, а потому вы можете сделать электропроводку полностью изолированную или использовать в качестве одного из проводников металлическую раму. Если устанавливается выпрямительный мост, то раму нужно присоединять после него.

Сейчас много цифровой техники выходит из строя, компьютеры, принтеры, сканеры. Время такое - старое заменяется новым. Но вышедшая из строя техника ещё может послужить, хоть и не вся, но отдельные её части уж точно.
Вот, к примеру, в принтерах и сканерах используются шаговые двигатели различных размеров и мощностей. Дело в том, что они могут работать не только как двигатели, но и как генераторы тока. Фактически это четырехфазный генератор тока уже и есть. И если приложить к двигателю даже небольшой крутящий момент - на выходе появиться значительно большое напряжение, которого вполне хватит, чтобы зарядить маломощные аккумуляторы.
Я предлагаю сделать механический динамо фонарик из шагового двигателя принтера или сканера.

Изготовление фонарика

Первое что нужно сделать это найти подходящий шаговый двигатель небольших размеров. Хотя, если вы хотите сделать фонарик побольше и помощней - берите большой двигатель.

Далее мне понадобиться корпус. Я взял готовый. Вы же можете взять мыльницы, или вообще склеить корпус самостоятельно.

Делаем отверстие под шаговый двигатель.

Устанавливаем и примеряем шаговый двигатель.

От старого фонарика берем переднюю панель с отражателями и светодиодами. Все это можно конечно сделать и самому.

Выпиливаем паз под фару.

Устанавливаем светило от старого фонарика.

Делаем вырез под кнопку и устанавливаем ее в паз.

На свободном участке размещаем плату, на которой будут размещаться электронные компоненты.

Электроника фонарика

Схема

Чтобы светодиоды светили им нужен постоянный ток. Генератор вырабатывает переменный, поэтому нужен четырехфазный выпрямитель, который будет собирать ток со всех обмоток двигателя и концентрировать его в одной цепи.

Далее полученный ток будет заряжать аккумуляторы, который будут хранить полученный ток. В принципе, можно обойтись и без аккумуляторов - используя мощный конденсатор, но тогда свечение будет только в момент кручения генератора.
Хотя есть ещё одна альтернатива - использовать ионистор, но для его зарядки потребуется значительное время.
Собираем плату по схеме.

Все части фонарика готовы к сборке.

Сборка динамо фонаря

Прикрепляем плату на саморезы.

Ставим шаговый двигатель и припаиваем его провода к плате.

Подсоединяем провода к выключателю и фаре.

Вот почти собранный фонарь со всеми частями.