Пристрій для демонстрації перетворення енергії

Реферат: Пристрій для демонстрації перетворення енергії містить електрогенератор, вал, ротор та стояк, муфту, підвищувальний редуктор, блок сигналізації, штангу, симетричні кронштейни, кожух, підшипники, лопатевий гвинт, вісі-спиці. Симетричні кронштейни з одного боку закріплено до стояка, а з іншого - шарнірно до штанги. Ротор виконаний у вигляді лопатевого гвинта, лопаті якого жорстко закріплені на осях-спицях, а вісі-спиці є гнучкими та пружними. UA 85622 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦІЇ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ UA 85622 U UA 85622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій належить до демонстраційних моделей, що пояснюють процес перетворення одного виду енергії в інший. Відомий пристрій для демонстрації перетворення енергії [Заявка: 94019781/12 Российская 6 Федерация, МПК G09B 23/08. Учебный прибор по физике для демонстрации взаимного превращения энергии и силы/ заявители и патентообладатели Остриков М.Ф., Козик А.Е., Иванов Л.Д., Кочегаров В.И., заявл. 26.05.1994, опубл. 10.01.1996.], який складається з підставки; вертикальної штанги; диска, закріпленого на штанзі з можливістю обертання в горизонтальній площині; вантажів, виконаних у вигляді посудин, заповнених до половини об'єму рідиною, стінки посудин виконані прозорими; та гумового кільця. Принцип дії пристрою: для демонстрації експерименту закручують рідину в одній із посудин і встановлюють його разом із кільцем у будь-якій точці диска, у результаті цього диск приводиться в обертання. У другому досліді встановлюють на диск посудину з рідиною, що знаходиться у стані спокою. При обертанні диска зовнішньою силою рідина в посудині приводиться в обертальний рух з деякою кутовою швидкістю. Недоліками цього рішення є: - неможливість демонстрації перетворення механічної енергії в електричну; - мала наочність. Ознаками, спільними із запропонованим пристроєм, є використання рідини та штанги для демонстрації перетворення енергії. Найближчим аналогом є пристрій для демонстрації перетворення енергії (Физический эксперимент в школе: Из опыта работы: Пособие для учителей. Вып. 6 / Сост. Г. П. Мансветова, В. Ф. Гудкова. - М.: Просвещение, 1981.-192 с. - С. 84), який виконаний у вигляді моделі гідроелектростанції, закріпленій на штативі, що складається з електрогенератора; ротора, який має два диски та шість смужок, що з'єднують диски ротора, причому ротор виконаний з двома отворами: один із яких призначений для стікання води, а другий для насадження на вал електрогенератора; склянки Вульфа; підйомного столика; гумової трубки; затискача; гальванометра, підключеного до клем електрогенератора; реостата. Принцип дії пристрою: падаючий потік води створюють за допомогою склянки Вульфа, встановленої на підйомному столику, гумову трубку із затискачем надівають на тубус склянки, наповнюють склянку водою, відкривають затискач і направляють струмінь води на ротор гідроелектростанції, який починає обертатися та передає це обертання валу електрогенератора. Показання гальванометра, з'єднаного з клемами електрогенератора через реостат, свідчать про роботу гідроелектростанції. Недоліками цього рішення є: - мала наочність демонстрації перетворення механічної енергії в електричну в навчальному процесі; - складність використання установки під час експерименту; - складність конструкції. Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є: - наявність: - електрогенератора; - вала; - ротора; - стояка. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити пристрій для демонстрації перетворення енергії, який шляхом виконання ротора у вигляді гвинтового перетворювача енергії дозволяє підвищити наочність перетворення механічної енергії хвиль в електричну, підвищити зацікавлення до вивчення фізики. Поставлена задача вирішується за допомогою розробленого пристрою, суттєвими ознаками якого є: - наявність: - ротора, виконаного у вигляді лопатевого гвинта, лопаті якого жорстко закріплені на осяхспицях і є гнучкими та пружними; - муфти; - вала; - підвищувального редуктора; - електрогенератора; - блока сигналізації; - штанги; - стояка; 1 UA 85622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - симетричних кронштейнів, які з одного боку закріплено до стояка, а з іншого - шарнірно до штанги; - кожуха; - підшипників. Відмінними від найближчого аналога ознаками є: - наявність: - муфти; - підвищувального редуктора; - блока сигналізації; - штанги; - симетричних кронштейнів, які з одного боку закріплено до стояка, а з іншого - шарнірно до штанги; - кожуха; - підшипників; - виконання ротора у вигляді лопатевого гвинта, лопаті якого жорстко закріплені на осяхспицях і є гнучкими та пружними. Така конструкція дозволяє: - спростити конструкцію та знизити матеріалоємність пристрою; - підвищити наочність демонстрації процесу перетворення механічної енергії хвиль в електричну. На кресленні1 зображено схему пристрою. Пристрій для демонстрації містить: лопаті 1, що жорстко закріплені на осях-спицях 2; вал 3; муфту 4; підшипники 5; підвищувальний редуктор 6; генератор 7; стояк 8; штангу 9; кронштейни 10, які жорстко закріплені до стояка 8 та шарнірно - до штанги 9, блок сигналізації 11. Лопаті 1, які жорстко закріплені на осях-спицях 2, та муфта 4 утворюють лопатевий гвинт, який з'єднаний з нижнім кінцем вала 3, що встановлений у підшипниках 5 стояка 8. Лопаті 1 виконані гнучкими та пружними, а кількість лопатей гвинта повинна бути не менше двох. Підвищувальний редуктор 6, генератор 7 та блок сигналізації 11 утворюють енергетичну частину. Верхній кінець вала 3 з'єднаний з підвищувальним редуктором 6, який механічно з'єднаний з генератором 7. До генератора 7 підключено блок сигналізації 11. Також до клем електрогенератора можна підключити амперметр або інший вимірювальний пристрій. Система працює таким чином: експериментатор тримає пристрій за штангу 9 та здійснює при цьому зворотно-поступальний рух імітуючи цим хвилі на поверхні водоймища. За допомогою штанги 9 цей рух передається шарнірно з'єднаним з нею кронштейнам 10, при цьому розмах зворотно-поступального руху кронштейнів 10 пропорційний довжині штанги 9. Стояк 8, який жорстко з'єднаний з кронштейнами 10, повторює зворотно-поступальний рух під дією хвиль на поверхні водоймищ. Цей рух передається валу 3, встановленому у підшипниках 5 стояка 8 і лопатям 1, які мають змогу рухатися мов "риб'ячий хвіст". При підніманні стояка 8 вгору гнучкі та пружні лопаті 1 відхиляються потоком води вниз, що обумовлює обертання лопатевого гвинта, це обертання передається валу 3. При русі вниз пристрою гнучкі та пружні лопаті 1 відхиляються вверх. Від вала 3 обертальний рух передається підвищувальному редуктору 6, а від нього, зі збільшеною частотою, - генератору 7. Генератор 7 перетворює енергію зворотно-поступального руху на електричну та подає її на блок сигналізації 11. Приклад конкретного виконання пристрою для демонстрації перетворення енергії складається з: - гвинтового перетворювача енергії, який містить: трилопатевий гвинт діаметром 0,20 м ± 0,05 м. Лопаті виготовленні з пластика. Вони жорстко закріплені з одного боку на осях-спицях, які були виготовлені зі стержнів з нержавіючої сталі діаметром 0,0020 м ± 0,0001 м, довжиною 0,20 м ± 0,05 м. Лопатевий гвинт жорстко з'єднаний за допомогою муфти із текстоліту з валом, довжиною 0,45 м ± 0,05 м, виготовленим зі сталевого дроту (нержавіюча сталь) перерізом 0,0020 м ± 0,0005 м. Вал установлений за допомогою двох підшипників ковзання у стояку, що був виконаний у вигляді труби з нержавіючої сталі, діаметром 0,070 м ± 0,008 м та довжиною 0,040 м ± 0,005 м; - енергетичної частини, що містить підвищувальний редуктор, який був виконаний у вигляді ремінної передачі; трифазний генератор з номінальною напругою 2 В; блок сигналізації з 6 світлодіодів, з'єднаних за схемою Ларіонова; 2 UA 85622 U 5 - симетричних кронштейнів, виготовлених з металевої полоси, яка з одного боку прикріплена до стояка, а з іншого - шарнірно до штанги, виготовленої з металевої труби діаметром 0,007 м ± 0,002 м, довжиною 0,5 м ± 0,3 м; Для демонстрації принципу дії пристрою експериментатор тримає пристрій за штангу та здійснює при цьому зворотно-поступальний рух вздовж вертикальної осі, імітуючи цим хвилі на поверхні водоймища. Запропонований пристрій для демонстрації дозволяє наочно демонструвати перетворення механічної енергії хвиль в електричну. Має невисоку собівартість, високу надійність, є простим у виконанні та використанні. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Пристрій для демонстрації перетворення енергії, що містить електрогенератор, вал, ротор та стояк, який відрізняється тим, що додатково містить муфту, підвищувальний редуктор, блок сигналізації, штангу, симетричні кронштейни, які з одного боку закріплено до стояка, а з іншого шарнірно до штанги; кожух, підшипники, а ротор виконаний у вигляді лопатевого гвинта, лопаті якого жорстко закріплені на осях-спицях і є гнучкими та пружними. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3