PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Năng lượng là một trong những yếu tố cần thiết cho sự tồn tại và phát triển xã hội, đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất. Trong thời đại ngày nay, năng lượng là vấn đề cấp thiết của tất cả các quốc gia trên thế giới. Bên cạnh việc nghiên cứu, tìm kiếm các loại năng lượng mới thì sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng cũng là mối quan tâm hàng đầu. Trong tương lai nếu chúng ta không sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng trong tự nhiên chúng sẽ bị cạn kiệt. Vì thế chúng ta nên nghiên cứu tìm hiểu về các nguồn năng lượng mới, nhất là nguồn năng lượng có sẵn, gần gũi với con người không gây ô nhiễm môi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Đã có rất nhiều nghiên cứu về các nguồn năng lượng mới như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng hạt nhân, năng lượng thủy triều…. Tuy nhiên việc sử dụng những nguồn năng lượng này không phải không có hạn chế như chi phí cao, đắt đỏ và phải có mặt trời, gió…. Kính thưa các thầy cô giáo Hàng ngày, em thấy có rất nhiều phương tiện giao thông đi lại tấp nập trên đường phố. Ai ai cũng cần đi lại, di chuyển. Câu hỏi nảy sinh trong đầu em là: 1) Tại sao không tận dụng việc phương tiện giao thông đi lại để tạo ra nguồn năng lượng mới? Như vậy, ta vừa có thể vận chuyển nhưng vẫn có thêm nguồn năng lượng hữu ích. 2) Tận dụng việc phương tiện giao thông đi lại như thế nào để tạo ra năng lượng? Hai câu hỏi trên cứ làm em băn khoăn, trăn trở, suy nghĩ mãi. Rồi em có nói với bố em về những suy nghĩ thắc mắc của mình. Bố em đã khuyến khích động viên em để em tự mày mò nghiên cứu dựa trên những kiến thức đã học để tạo ra năng lượng. Từ đó, ý tưởng tận dụng phương tiện đi lại tạo ra năng lượng dần dần hình thành trong em. Từ những băn khoăn suy nghĩ trên, em đã đặt ra mục tiêu ý tưởng là xây dựng được một mô hình trạm phát điện tận dụng phương tiện giao thông qua lại tạo ra năng lượng. Giải pháp công nghệ này có thể tạo ra nguồn năng lượng xanh, sạch sử dụng điện chiếu sáng và các thiết bị khác. PHẦN II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI 1. Tổng quan Hiện nay cùng với sự phát triển công nghiệp và hiện đại hóa thì nhu cầu năng lượng cũng rất cần thiết cho sự phát triển của đất nước. Vấn đề đặt ra là phát triển nguồn năng lượng sao cho phù hợp mà không ảnh hưởng đến môi trường và cảnh quan thiên nhiên. Trong khi đó, các nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí đốt, …. ngày càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường và là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính. Để giảm thiểu những vấn đề trên, ta phải tìm nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch để thay thế hiệu quả. Nhiều lần, theo bố mẹ về quê, em thấy lưu lượng phương tiện giao thông qua lại rất nhiều nhất là ở những trạm soát vé giao thông. Như chúng ta đã biết, các phương tiện giao thông đi lại lúc nào cũng tạo ra lực nén trên mặt đường. Đó là điều không thể tránh được
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THCS THƯỢNG THANH – LONG BIÊN- HÀ NỘI ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015) Tên đề tài: MÁY PHÁT ĐIỆN Ở TRẠM SỐT VÉ GIAO THƠNG Lĩnh vực: Năng lượng vận tải NGƯỜI HƯỚNG DẪN - Phạm Như Trang - Đơn vị công tác :Trường THCS Thượng Thanh – Long biên – Hà Nội TÁC GIẢ: Vũ Hoàng Long Lớp: 9A Trường: THCS Thượng Thanh – Long biên – Hà Nội Trương Bá Việt Lớp: 9A Trường: THCS Thượng Thanh – Long biên – Hà Nội Hà Nội, tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC PHẦN I: Lý chọn đề tài PHẦN II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu PHẦN III: Quá trình nghiên cứu kết PHẦN IV: Kết luận 13 PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Năng lượng yếu tố cần thiết cho tồn phát triển xã hội, đồng thời yếu tố trì sống trái đất Trong thời đại ngày nay, lượng vấn đề cấp thiết tất quốc gia giới Bên cạnh việc nghiên cứu, tìm kiếm loại lượng sử dụng tiết kiệm hiệu lượng mối quan tâm hàng đầu Trong tương lai không sử dụng hợp lý nguồn lượng tự nhiên chúng bị cạn kiệt Vì nên nghiên cứu tìm hiểu nguồn lượng mới, nguồn lượng có sẵn, gần gũi với người không gây ô nhiễm môi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Đã có nhiều nghiên cứu nguồn lượng lượng mặt trời, lượng gió, lượng hạt nhân, lượng thủy triều… Tuy nhiên việc sử dụng nguồn lượng khơng phải khơng có hạn chế chi phí cao, đắt đỏ phải có mặt trời, gió… Kính thưa thầy giáo! Hàng ngày, em thấy có nhiều phương tiện giao thông lại tấp nập đường phố Ai cần lại, di chuyển Câu hỏi nảy sinh đầu em là: 1) Tại không tận dụng việc phương tiện giao thông lại để tạo nguồn lượng mới? Như vậy, ta vừa vận chuyển có thêm nguồn lượng hữu ích 2) Tận dụng việc phương tiện giao thông lại để tạo lượng? Hai câu hỏi làm em băn khoăn, trăn trở, suy nghĩ Rồi em có nói với bố em suy nghĩ thắc mắc Bố em khuyến khích động viên em để em tự mày mò nghiên cứu dựa kiến thức học để tạo lượng Từ đó, ý tưởng tận dụng phương tiện lại tạo lượng hình thành em Từ băn khoăn suy nghĩ trên, em đặt mục tiêu ý tưởng xây dựng mơ hình trạm phát điện tận dụng phương tiện giao thông qua lại tạo lượng Giải pháp cơng nghệ tạo nguồn lượng xanh, sử dụng điện chiếu sáng thiết bị khác PHẦN II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI Tổng quan Hiện với phát triển cơng nghiệp đại hóa nhu cầu lượng cần thiết cho phát triển đất nước Vấn đề đặt phát triển nguồn lượng cho phù hợp mà không ảnh hưởng đến môi trường cảnh quan thiên nhiên Trong đó, nguồn lượng than đá, dầu mỏ, khí đốt, … ngày cạn kiệt gây ô nhiễm môi trường nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính Để giảm thiểu vấn đề trên, ta phải tìm nguồn lượng tái tạo, lượng để thay hiệu Nhiều lần, theo bố mẹ quê, em thấy lưu lượng phương tiện giao thông qua lại nhiều trạm sốt vé giao thơng Như biết, phương tiện giao thông lại lúc tạo lực nén mặt đường Đó điều tránh Giải pháp tạo lượng dựa phương tiện giao thông tận dụng lực nén Lực nén nhờ hệ thống truyền chuyển động từ mặt đường đến bánh răng, làm quay mơ tơ máy phát điện tạo dịng điện Thực trạng tiêu thụ điện Việt Nam Theo tính tốn quy hoạch phát triển lượng quốc gia, giai đoạn 2010- 2020 nước ta cân đối khả cung cấp nhu cầu sử dụng nguồn điện Từ nước xuất thành nước nhập lượng. Điện tiêu thụ chủ yếu thành phố lớn Chỉ tính riêng khu công nghiệp- kiểu chế xuất (KCN- KCX) thành phố Hồ Chí Minh lượng điện tiêu thụ chiếm gần 20% sản lượng điện tiêu thụ toàn thành phố Có thể nói, lượng tiêu thụ điện KCN- KCX lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng điện thành phố Năng lượng tiêu hao cho đơn vị sản phẩm nhiều ngành công nghiệp Việt Nam cao Thái Lan Malaysia khoảng 1,5- 1,7 lần Từ nước xuất lượng đến năm 2009, nước ta phải nhập điện lên 4,84% năm 2009 Một số vùng mua điện Trung Quốc để hòa vào lưới điện quốc gia Một số đảo nhỏ chưa có điện, phải chạy máy phát điện Do thiếu điện, số thời điểm phải cắt điện luân phiên, số nhà máy phải sản xuất ca Bên cạnh đó, nhiều người dân chưa có ý thức việc tiết kiệm điện Thực trạng đặt nhiều thách thức cho ngành chức làm để giảm tải lượng điện tiêu thụ, đảm bảo trì nguồn điện ổn định cho lĩnh vực Tìm hiểu số cách sản xuất điện nhà máy điện a) Nhà máy thủy điện Nhà máy thủy điện nơi chuyển đổi sức nước (thủy năng) thành điện Nước tụ lại từ các đập nước với một thế năng lớn Qua hệ thống ống dẫn, năng lượng dòng chảy của nước truyền tới tua-bin nước, tua-bin nước nối với máy phát điện, nơi chúng chuyển thành năng lượng điện Gần 18% lượng điện toàn giới sản xuất từ nhà máy thủy điện[ Tại Việt Nam vai trò nhà máy thủy điện quan trọng. Nhà máy thủy điện Hịa Bình là nguồn cung cấp điện cho đường dây điện cao 500 kv Bắc-Nam Năng lượng điện từ nhà máy thủy điện dạng năng lượng tái sinh, năng lượng sạch vì khơng thải khí có hại cho mơi trường như các nhà máy điện khác Tuy nhiên, hiệu suất nhà máy thủy điện phụ thuộc lượng nước dự trữ hồ chứa Chi phí xây dựng đầu tư cho nhà máy thủy điện lớn Các dự án xây dựng thủy điện phá vỡ cân sinh thái xung quanh Một số nhà máy thuỷ điện lớn nước ta nhà máy thủy điện Hịa Bình, nhà máy thuỷ điện Yaly, nhà máy thủy điện Trị An, nhà máy thủy điện Sông Hinh, nhà máy thủy điện Thác Bà, nhà máy thủy điện Thác Mơ, nhà máy thủy điện Đa Nhim, nhà máy thủy điện Sông Bun, nhà máy thủy điện Cửa Đạt, nhà máy thủy điện Buôn Kuốp, nhà máy thủy điện Buôn Tua Srah, nhà máy thủy điện Srêpok 3, nhà máy thủy điện Nho Quế 3… b) Nhà máy nhiệt điện Năng lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành điện Do đốt cháy nguyên liệu trình sản xuất (dầu, than, khí từ mỏ dầu ) phụ thuộc vào nguồn cung nguyện liệu Tạo khí thải làm nhiễm mơi trường, tăng hiệu ứng nhà kính Trong tình hình nguồn ngun liệu ngày cạn kiệt, giá thành cao ảnh hưởng lớn đến hoạt động nhà máy (than đá, dầu mỏ hết khoảng vài chục năm nữa) Nguyên liệu bị đốt cháy tái tạo Một số nhà máy nhiệt điện lớn nước ta nhà máy Phả Lại 1, nhà máy Phả Lại 2, Nhà máy ng Bí, Nhà máy Ninh Bình, Nhà máy Quảng Ninh… c) Điện gió: Lấy lượng từ gió làm quay tuabin, dùng số đảo nước ta Năng lượng gió nguồn lượng tái tạo, vơ tận, khơng gây ô nhiễm môi trường Nhược điểm lớn lượng gió khơng liên tục Điện sản xuất gió đủ mạnh Tuy nhiên gió tạm lắng thì việc sản xuất điện lượng gió khơng thể Những nỗ lực thực việc lưu trữ lượng gió thành cơng sử dụng kết hợp với dạng lượng khác Tuy nhiên, để nguồn lượng trở thành nguồn lượng tương lai gần nỗ lực cần phải nhanh chóng rộng rãi d) Pin mặt trời Pin mặt trời phẳng làm chất Silic Nếu chiếu sáng mặt trời vào lượng ánh sáng mặt trời trực tiếp chuyển hóa thành điện Những pin mặt trời nhỏ đặt đồng hồ đeo tay hay máy tính bỏ túi, chiếu sáng vào thiết bị máy hoạt động Những pin mặt trời lớn thường kèm theo acquy Ban ngày pin mặt trời nạp điện cho ban đêm sử dụng Tuy nhiên thời tiết đặc biệt miền Bắc có thời điểm mùa đơng, khơng có nắng nên việc sử dụng pin mặt trời không thường xuyên, liên tục e) Nhà máy điện hạt nhân Nhà máy điện hạt nhân hay gọi Nhà máy điện ngun tử Trong nhà máy có lị phản ứng, lượng hạt nhân biến đổi trực tiếp thành nhiệt làm nóng chất lỏng lên đến 315 oC Chất lỏng lại dùng để đun sôi nước nồi Hơi nước sôi dùng để chạy tuabin máy phát điện Nhà máy điện hạt nhân cho cơng suất lớn tốn nhiên liệu nhà máy cần có thiết bị bảo vệ cẩn thận để ngăn tia phóng xạ gây nguy hiểm chết người Một số nhà máy điện hạt nhân Việt Nam Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận… Điểm mới, sáng tạo đề tài Ở nước ta, nguồn điện sử dụng chủ yếu từ nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện gió, lượng mặt trời,… mà chưa tận dụng nguồn lượng tái tạo từ lực nén phương tiện giao thông Mà nguồn lượng nguồn lượng sạch, có tiềm lớn PHẦN III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 1) Tìm hiểu mơ hình máy phát điện Muốn tạo dòng điện, ta phải cho đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây biến thiên Để tạo đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây biến thiên (từ trường biến thiên), ta cho cuộn dây dẫn kín quay từ trường nam châm hay cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn Mơ hình máy phát điện xoay chiều có cuộn dây quay Mơ hình máy phát điện có nam châm quay 2) Làm thử mơ hình đơn giản Hình 33.3 (SGK Vật lý 9, 91) Ta cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn kín Khi nam châm quay, đường sức từ nam châm quay theo, làm cho đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây biến thiên Từ đó, cuộn dây dẫn kín xuất dịng điện cảm ứng 3) Ý tưởng Hằng ngày, ai có nhu cầu di chuyển lại phương tiện giao thông Giải pháp tận dụng phương tiện giao thông để tạo điện vừa giúp vận chuyển vừa tạo điện hữu ích Như biết, phương tiện giao thông lại lúc tạo lực nén mặt đường Đó điều khơng thể tránh Giải pháp tạo lượng dựa phương tiện giao thông tận dụng lực nén Lực nén nhờ hệ thống lò so truyền chuyển động đến bánh răng, làm quay mô tơ máy phát điện tạo dịng điện (Mơ tơ quay tạo từ trường biến thiên Từ đó, tạo dịng điện) 4) Tiến hành - Bản vẽ: Bản vẽ chi tiết máy phát điện (Hình chiếu đứng, hình chiếu cạnh, hình chiếu bằng) Bản vẽ tổng quan máy phát điện - Mua nguyên vật liệu: STT Nguyên vật liệu Thanh trụ sắt Lò so Tấm mica Miếng thép Thông số kỹ thuật Số lượng 13cm 04 9cm 04 1cm 02 16,5cm x 16,5cm 01 Dày: 1,5mm Bánh Bán kính: 14,5cm 01 Bánh Bán kính: 1,2cm 01 Máy phát điện mini 6V 01 Đèn LED 3V 01 Đế thép rỗng 18cm x 3cm x 6cm 02 10 Mảnh nhựa fíp 23cm x 20cm 02 - Lắp đặt: theo mơ hình vẽ chi tiết - Vận hành: Dùng tay (thay cho phương tiên giao thông) để tạo lực nén lên mica - Khó khăn: tốn nhiều cơng sức chưa có mơ hình mẫu từ bước xây dựng vẽ đến mua nguyên vật liệu lắp đặt, hoàn thành sản phẩm 5) Sản phẩm Máy phát điện trạm sốt vé giao thơng góc nhìn thẳng đứng 10 Máy phát điện trạm sốt vé giao thơng góc nhìn bên cạnh Máy phát điện trạm sốt vé giao thơng góc nhìn bên cạnh 11 - Các thông số: U = – 6V 6) Ứng dụng - Giúp nạp ắc quy, chiếu sáng đèn, hoạt động thiết bị điện khác trạm sốt vé giao thơng (sử dụng điện chỗ) - Khó khăn: Mơ hình máy phát điện trạm sốt vé giao thơng tạo dịng điện sử dụng chỗ dịng điện tạo khơng ổn định, liên tục chưa có tích điện 7) Hướng phát triển Mơ hình máy phát điện trạm sốt vé giao thơng đưa hoạt động trạm sốt vé giao thơng, cầu cảng, cầu phà sử dùng lực nén thể người trung tâm thương mại, bệnh viện, trường học, nơi đơng người qua lại….tạo dịng điện Trong thực tế, để máy phát điện trạm soát vé giao thơng hoạt động tốt hơn, ta thay trụ có lo sị hệ thống píttơng để hệ thống bền, khỏe 8) Hướng nghiên cứu tiếp đến tháng 3/2014 Phần Cơ: Tạo hệ thống chuyển động cao làm tăng điện Phần Điện: Chế tạo mạch tích chuyển đổi lượng để tạo dòng điện lớn, ổn định, lâu dài 12 PHẦN IV: KẾT LUẬN Với nội dung đề tài thực hiện, đề tài giải vấn đề sau: Đã xây dựng sơ đồ nguyên lý giải pháp công nghệ để tạo điện dựa phương tiện giao thông lại Xây dựng mơ hình thực tế máy phát điện trạm sốt vé giao thơng Kết nghiên cứu thử nghiệm mơ hình thực tế cách ấn nhẹ tay vào mica (giống lực nén phương tiên giao thông) liên tục Hệ thống lị so nén xuống làm tay địn Từ bánh chuyển động làm quay mô tơ máy phát điện làm sáng bóng đèn Led 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách Giáo Khoa Vật Lý Mô hình phát điện phịng thí nghiệm 14 ... thành sản phẩm 5) Sản phẩm Máy phát điện trạm soát vé giao thơng góc nhìn thẳng đứng 10 Máy phát điện trạm sốt vé giao thơng góc nhìn bên cạnh Máy phát điện trạm sốt vé giao thơng góc nhìn bên cạnh... nhà máy thủy điện Hịa Bình, nhà máy thuỷ điện Yaly, nhà máy thủy điện Trị An, nhà máy thủy điện Sông Hinh, nhà máy thủy điện Thác Bà, nhà máy thủy điện Thác Mơ, nhà máy thủy điện Đa Nhim, nhà máy. .. bị điện khác trạm soát vé giao thơng (sử dụng điện chỗ) - Khó khăn: Mơ hình máy phát điện trạm sốt vé giao thơng tạo dòng điện sử dụng chỗ dịng điện tạo khơng ổn định, liên tục chưa có tích điện