2023 skkn nmt

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi: Hội đồng Khoa học Sáng kiến ngành Giáo dục Đào tạo Tôi ghi tên đây: Số TT Ngày tháng Nơi công tác Họ tên năm sinh Chức danh Nguyễn Minh Tú TTCM 23/07/1985 Trường THPT chuyên Chu Văn An Trình độ Tỷ lệ (%) đóng góp vào chuyên việc tạo sáng kiến mơn Thạc sĩ Vật 100% lí Là tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: Hướng dẫn học sinh dự án "Chế tạo hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa" tham gia Cuộc thi KHKT học sinh trung học - Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục (Hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT) - Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu: 15/11/2022 - Mô tả chất sáng kiến: Trên sở vận dụng, phân tích quy trình thực dự án kĩ thuật, hướng dẫn thực SKKN “Hướng dẫn học sinh dự án "Chế tạo hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa" tham gia Cuộc thi KHKT học sinh trung học” đạt giải Nhì Cuộc thi KHKT cấp tỉnh học sinh trung học năm học 2022 – 2023 Sở GDĐT Lạng Sơn tổ chức Quy trình hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT mà SKKN phân tích, rõ giúp giáo viên hướng dẫn định hướng tốt cho HS, mang lại hiệu cao công tác hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT - Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Giáo viên biết quy trình hướng dẫn học sinh thực dự án kĩ thuật - Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: SKKN áp dụng, nhân rộng tồn tỉnh giáo viên đam mê nghiên cứu KHKT, giáo viên hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT, tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM Vật lí cho HS bám sát công văn 3089/BGDĐT – GDTrH Bộ GDĐT; SKKN nêu cụ thể quy trình hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT, giúp giáo viên hướng dẫn định hướng tốt cho HS, mang lại hiệu cao công tác hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT Tôi xin cam đoan thông tin nêu đơn Bản mô tả sáng kiến (kèm theo đơn) trung thực, thật hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật Lạng Sơn, ngày 14 tháng năm 2023 Người nộp đơn (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Minh Tú MỤC LỤC TÓM TẮT SÁNG KIẾN CÁC TỪ VIẾT TẮT I MỞ ĐẦU Lí chọn sáng kiến Mục tiêu sáng kiến Phạm vi sáng kiến (đối tượng, không gian, thời gian) II CƠ SỞ LÝ LUẬN, CƠ SỞ THỰC TIỄN .5 Cơ sở lý luận Cơ sở thực tiễn III NỘI DUNG SÁNG KIẾN Nội dung kết nghiên cứu SK 1.1 Xác định vấn đề 1.2 Nghiên cứu tổng quan 1.2.1 Chuyển giao nhiệm vụ 1.2.2 Báo cáo kết 1.3 Xác định yêu cầu 1.3.1 Chuyển giao nhiệm vụ 1.3.2 Báo cáo kết 1.4 Đề xuất giải pháp 1.4.1 Chuyển giao nhiệm vụ 1.4.2 Báo cáo kết 1.5 Lựa chọn, hoàn thiện giải pháp 10 1.5.1 Chuyển giao nhiệm vụ 10 1.5.2 Báo cáo kết 10 1.6 Xây dựng nguyên mẫu 11 1.6.1 Chuyển giao nhiệm vụ 11 1.6.2 Báo cáo kết 11 1.7 Đánh giá hoàn thiện thiết kế 12 1.7.1 Chuyển giao nhiệm vụ 12 1.7.2 Báo cáo kết 12 1.8 Phân tích, tính tốn sử dụng hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa 15 1.8.1 Chuyển giao nhiệm vụ 15 1.8.2 Báo cáo kết 15 1.9 Thiết kế Poster 17 1.9.1 Chuyển giao nhiệm vụ 17 1.9.2 Báo cáo kết 17 Đánh giá kết thu 18 2.1 Tính mới, tính sáng tạo 18 2.2 Khả áp dụng mang lại lợi ích thiết thực sáng kiến 18 a) Khả áp dụng áp dụng thử, nhân rộng 18 b) Khả mang lại lợi ích thiết thực 20 IV KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 TÓM TẮT SÁNG KIẾN Trên sở vận dụng, phân tích quy trình thực dự án kĩ thuật, tơi hướng dẫn thực SKKN “Hướng dẫn học sinh dự án "Chế tạo hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa" tham gia Cuộc thi KHKT học sinh trung học” đạt giải Nhì Cuộc thi KHKT cấp tỉnh học sinh trung học năm học 2022 – 2023 Sở GDĐT Lạng Sơn tổ chức Quy trình hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT mà SKKN phân tích, rõ giúp giáo viên hướng dẫn định hướng tốt cho HS, mang lại hiệu cao công tác hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt HS KHKT THPT SKKN SK HĐ KHSK GDĐT GV Nội dung Học sinh Khoa học kĩ thuật Trung học phổ thông Sáng kiến kinh nghiệm Sáng kiến Hội đồng khoa học sáng kiến Giáo dục Đào tạo Giáo viên I MỞ ĐẦU Lí chọn sáng kiến Cuộc thi khoa học kĩ thuật (KHKT) dành cho học sinh (HS) trung học hoạt động thường niên tổ chức với mục đích khuyến khích HS nghiên cứu, sáng tạo khoa học, công nghệ, kỹ thuật vận dụng kiến thức học vào giải vấn đề thực tiễn sống; góp phần thúc đẩy đổi hình thức tổ chức phương pháp dạy học; đổi hình thức phương pháp đánh giá kết học tập; phát triển lực HS Các dự án hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT có nhiều đạt giải cao địa bàn tỉnh Lạng Sơn Quy trình thực dự án KHKT tác giả SK đề cập tới từ năm học 2019 – 2020 đến năm học 2021 – 2022 Tuy nhiên, dự án, việc phân tích, thực quy trình dự án có nội dung khác Do đó, tơi lựa chọn SKKN “Hướng dẫn học sinh dự án "Chế tạo hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa" tham gia Cuộc thi KHKT học sinh trung học” Mục tiêu sáng kiến Vận dụng, phân tích quy trình thực dự án kĩ thuật, hướng dẫn học sinh dự án "Chế tạo hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa" tham gia Cuộc thi KHKT học sinh trung học cấp tỉnh đạt kết tốt Phạm vi sáng kiến (đối tượng, không gian, thời gian) - Đối tượng nghiên cứu: quy trình hướng dẫn HS nghiên cứu KHKT - Thời gian nghiên cứu: từ tháng 7/2022 đến tháng 11/2022 II CƠ SỞ LÝ LUẬN, CƠ SỞ THỰC TIỄN Cơ sở lý luận Quy trình hướng dẫn học sinh nghiên cứu dự án kĩ thuật theo tài liệu hướng dẫn Bộ GDĐT sơ đồ hóa sau: Cơ sở thực tiễn Tác giả có SKKN nêu rõ quy trình hướng dẫn HS thực dự án KHKT khác từ năm học 2019 – 2020 đến năm học 2021 – 2022, HĐ KHSK ngành GDĐT công nhận, xếp loại đạt giải Cuộc thi KHKT học sinh trung học cấp tỉnh, cấp quốc gia Tuy nhiên, dự án, việc phân tích, thực quy trình dự án có nội dung khác biệt III NỘI DUNG SÁNG KIẾN Nội dung kết nghiên cứu SK Vận dụng quy trình hướng dẫn học sinh nghiên cứu dự án kĩ thuật theo hướng dẫn Bộ GDĐT, tác giả SK xây dựng quy trình thực dự án "Chế tạo hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa" tham gia Cuộc thi KHKT học sinh trung học 1.1 Xác định vấn đề Năng lượng đóng vai trị thiết yếu sống người Nhiều quốc gia nói chung Việt Nam nói riêng phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt lượng Vì vậy, việc tạo ra, sử dụng nguồn lượng đa dạng, phong phú ln tìm hiểu, nghiên cứu Năng lượng đóng vai trị thiết yếu sống người Nhiều quốc gia nói chung Việt Nam nói riêng phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt lượng nghiêm trọng Vì vậy, việc tạo ra, sử dụng nguồn lượng ln tìm hiểu, nghiên cứu Năng lượng tái tạo trở thành xu hướng tồn cầu có trữ lượng dồi dào, đa dạng, tận dụng tối đa nguồn thiên nhiên vô tận (gió, mặt trời, nước…), gây tác hại đến mơi trường, giúp giảm khí thải nhà kính, góp phần chống biến đổi khí hậu [1] Bên cạnh ưu điểm, việc sử dụng nguồn lượng tái tạo nêu có nhược điểm: nguồn điện khơng ổn định; mơi trường đất, nước, khơng khí, tiểu khí hậu, tiếng ồn, rung động tần số thấp… bị ảnh hưởng; phụ thuộc thời tiết; tiềm ẩn gây ô nhiễm môi trường sau hết thời gian sử dụng Từ thời xa xưa, cách khoảng 2.500 năm, người biết tới tượng nhiễm điện ma sát, cho miếng hổ phách da thú cọ xát với hổ phách hút vật nhỏ Tuy nhiên, tượng gần khơng có ứng dụng ngồi việc giúp cho hiểu tượng điện lượng điện sinh Cho đến cách mạng công nghiệp lần thứ tư bùng nổ, với phổ biến rộng rãi mạng lưới vạn vật kết nối (IoT), thiết bị có độ linh động cao, sử dụng lượng điện ngày nhiều: tai nghe Bluetooth, máy đo huyết áp, cấp nguồn cho thiết bị điện tử di động, cảm biến chống trộm, thiết bị theo dõi sức khỏe, đồng hồ đeo tay, thiết bị theo dõi sức khỏe cho bệnh nhântai nghe Bluetooth, máy đo huyết áp, cảm biến tự cấp nguồn…Do đóVì vậy, tượng nhiễm điện ma sát hồn tồn cấp điện cho vật dụng Vào năm 2012, cơng nghệ chuyển đổi lượng có tên máy phát điện ma sát nano (TENG) phát minh Wang cộng Máy phát điện ma sát nano thiết bị chuyển đổi cách hiệu nguồn lượng học lãng phí quanh người (chạy bộ, chơi thể thao, lại, vận động, tập thể dục buổi sáng…), thành điện với nguyên lý dựa hiệu ứng ma sát điện cảm ứng tĩnh điệ Tuy đề cập tới số báo, video clip mạng Internet với từ khóa “máy phát điện ma sát”, “máy phát điện ma sát nano”, “TENG”, “Triboelectric nanogenerator” việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy phát điện ma sáthệ thống phát điện dựa hiệu ứng ma sát điện, tối ưu hóa tiếp xúc vật liệu sử dụng , sử dụng hệ thống phát điện cho định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Việt Nam chưa thực Tại phố Kỳ Lừa thành phố Lạng Sơn, thứ thứ hàng tuầnvào , phố Kỳ Lừa thứ thứ hàng tuần diễn hoạt động văn hóa văn nghệ, trị chơi dân gian (đẩy gậy, cà kheo, múa sạp…), thưởng thức ẩm thực, mua sắm mặt hàng tiêu dùng, quà lưu niệm đặc trưng địa phương, nhiều hoạt động sôi khác biểu diễn câu lạc bộ, nhóm nhảy, khiêu vũ, nhảy Flashmob…thu hút khoảng 10.000 lượt khách tham quan du lịch tỉnh Xuất phát từ sở thực tiễn nêu trên, tác giả SK hướng dẫn HS chế tạo máy phát điện ma sát hệ thống phát điện định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa 1.2 Nghiên cứu tổng quan 1.2.1 Chuyển giao nhiệm vụ Hoạt động GV Hoạt động HS - Giao nhiệm vụ cho HS tìm hiểu mạng Internet Thực nhiệm vụ giao với từ khóa “máy phát điện ma sát nano”, “TENG”, “Triboelectric Nanogenerator”, ghi chép, lưu trữ thơng tin, hình ảnh thu thập máy tính, file word thời gian tuần? - Trên sở thơng tin, hình ảnh thu thập được, giáo viên yêu cầu HS lập bảng phân tích ưu, nhược điểm nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm máy phát điện ma sát nano? 1.2.2 Báo cáo kết Tổng quan máy phát điện 1.1 Máy phát điện gió, máy phát điện lượng Mặt trời, máy phát điện sức nước Hiện nay, thị trường có máy phát điện gió, máy phát điện lượng Mặt trời, máy phát điện sức nước có ưu điểm thân thiện với mơi trường, sử dụng lượng sạch, có sẵn tự nhiên, giúp giảm khí thải nhà kính, góp phần chống biến đổi khí hậu giảm thiểu tình trạng khủng hoảng lượng Bên cạnh ưu điểm, việc sử dụng máy phát điện nêu có nhược điểm Cụ thể: Máy phát điện gió phụ thuộc vào thời tiết, vùng gió khơng ổn định hao hụt công suất phát điện, chi phí lắp đặt máy phát điện gió ban đầu tương đối cao; Là nguồn điện khơng ổn định (khó lường) nhất; mơi trường đất, nước, khơng khí, tiểu khí hậu, tiếng ồn, rung động tần số thấp…bị ảnh hưởng [4]; Địa điểm lắp đặt máy phát điện gió cần chọn nơi có nguồn gió đủ mạnh, khu vực biển vùng núi cao thơng thống Những khu vực đất liền gặp khó khăn vật cản chắn gió khiến khơng ổn định Các gia đình thành phố lớn khó sử dụng loại máy Máy phát điện lượng Mặt trời phụ thuộc nhiều vào thời tiết; tiềm ẩn gây ô nhiễm môi trường sau hết thời gian sử dụng [5] Máy phát điện sức nước không đảm bảo nguồn điện ổn định sức chảy dòng nước thay đổi làm ảnh hưởng đến công suất điện gây ra; Việc lắp đặt phụ thuộc nhiều vào vị trí địa lí; Thời tiết thay đổi thất thường khó kiểm sốt lượng điện tạo 1.2 Máy phát điện ma sát Hiện nay, giới Việt Nam, có xuất số cơng trình nghiên cứu, thiết kế chế tạo, thử nghiệm máy phát điện ma sát nano , đề cập tới số báo, video clip mạng internet việc thiết kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống phát điện đảm bảo yêu cầu chức sử dụng cho ứng dụng trang trí, thắp sáng số khu vực phố chưa thực Cụ thể: * Con đường thông minh:đầu tiên giới [6] Những người mua sắm trở thành máy phát điện cho việc nhờ lối Pavegen rộng 10m2, Biến bước chân thành điện đoạn đường công nghệ Pavegen phố Bird, London, chuyển đổi bước chân thành nguồn điện 5W liên tục Ẩn Hình Lối Pavegen rộng 10m2 V3 tam giác màu đen có kích thước cạnh 50cm cơng nghệ cảm biến lượng đại, chuyển đổi bước chân thành nguồn điện 5W liên tục Năng lượng động học sau chuyển thành điện cấp lượng cho đèn đường, máy phát tiếng chim khu vực hệ thống Bluetooth giúp khách hành theo dõi lượng điện tạo từ bước chân mình.Năng lượng học sau chuyển thành điện cấp lượng cho đèn đường, máy phát tiếng chim khu vực hệ thống Bluetooth * Sàn gỗ sinh điện: [7] Giáo sư Guido Panzarasa, nhà khoa học vật liệu Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zurich) Phịng thí nghiệm Công nghệ Khoa học Vật liệu Liên bang Thụy Sĩ biến ván sàn thành máy phát điện nano cách xếp lớp gỗ điện cực Khi lớp gỗ đặc biệt bị giẫm lên, chúng tạm thời tích điện Q trình kết nối ngắt kết nối điện ván bị giẫm gây hiệu ứng điện ma sát (triboelectric), kích hoạt dịng chảy electron Panzarasa đồng nghiệp phủ polydimethylsiloxane, loại silicon dễ dàng thu nhận electron, lên lớp gỗ Với lớp gỗ khác, họ thêm vào tinh thể nano ZIF dễ electron Nhóm nghiên cứu thử nghiệm nhiều loại gỗ để xem loại kết hợp với lớp phủ mang lại đặc tính điện ma sát tốt Thử nghiệmĐể tăng hiệu suất máy phát điện, sử dụng cho thấy gỗ vân sam qua xử lý tạo lượng điện gấp 80 lần gỗ tự nhiên Máy phát điện nano từ sàn gỗ hoạt động hiệu 1.500 chu kỳ Nhóm nhà khoa học sử dụng máy phát điện sàn gỗ không lớn mảnh giấy để sản xuất điện từ bước chân cung cấp cho bóng đèn * Máy phát điện ma sát nano sử dụng vật liệu sợi nano Polyvinyl chloride nhôm công nghiệp: Máy phát điện ma sát nano: Một giải pháp lượng tiềm [2] Phan Hải với cộng nghiên cứu khái niệm máy phát điện dựa hiệu ứng ma sát điện Tất loại vật liệu mà người biết đến có tính chất ma sát điện bao gồm từ kim loại polymer, loại vải sợi, gỗ, Trong đó, có nhiều loại vật liệu dễ dàng gặp thường ngày PVC, nhôm, đồng, cao su Các nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết TENG mật độ điện tích ma sát điện yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất TENG Để gia tăng mật độ điện tích ma sát điện, phương thức thường sử dụng là: xử lý thành phần vật liệu, tăng diện tích tiếp xúc địa phương thay đổi điều kiện môi trường Đồng thời, Phan Hải với cộng lắp đặt thử nghiệm máy phát điện ma sát nano sử dụng cặp vật liệu nhôm mànng PVC cấu thành từ sợi nano PVC Nhằm gia tăng diện tích tiếp xúc địa phương PVC nhôm, màng PVC cấu thành sợi nano chế tạo công nghệ electrospinning để lắng đọng vật liệu PVC có cấu trúc dạng sợi nano lên bề mặt nhôm Màng Al PVC sau tiểu hình hóa bề mặt sử dụng để lắp ráp TENG cấu hình Các điện cực nối với dây dẫn điện keo dẫn điện, sau chúng dính chặt lên miếng Arcrylic cho mặt tiểu hình hóa hướng vào Sau 04 lị xo đính 04 góc để tạo cấu trúc đàn hồi với khoảng cách hai lớp vật liệu xấp xỉ 5mm Khảo sát tín hiệu đầu thiết bị cho kết ấn tượng với hiệu điện 5,7V dòng điện 0,4 ‹A ngoại lực 2N Lực tác động cao tín hiệu điện đầu lớn, cụ thể, thiết bị cho tín hiệu đầu 31,7V 6,2‹A điều kiện ngoại lực 10N * Máy phát điện từ ma sát bước chân: Máy phát điện nano ma sát BK TENG 11 sinh viên Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh nghiên cứu chế tạo, hướng dẫn TS Bùi Văn Tiến, TS Võ Thanh Hằng ThS Châu Ngọc Mai Vật liệu làm máy tận dụng từ CD tái chế, nhựa Polystyrene (PS), chí từ rác thải Polyvinylchloride (PVC) Thiết bị chế tạo phương pháp phân pha nâng cao, đổ khuôn chế tạo màng nano convex polydimethysiloxame (PDMS), mô cấu trúc tự nhiên loài ong Thiết bị thiết kế kết nối với phận thu hồi điện, hoạt động nguyên tắc phát điện nano ma sát, thu lượng học chuyển đổi thành điện Bề mặt vật liệu nhóm biến tính giúp tăng hiệu ma sát làm tăng khả phát điện Nhóm chế tạo thành cơng mơ hình phát điện vật liệu thảm 10 Máy phát điện từ ma sát bước chân * Phân tích ưu điểm, tồn nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm máy phát điện ma sát nano: Máy phát điện ma sát nano Sử Hệ dụng thống vật phát Con Sàn gỗ liệu sợi điện Từ STT Chức đường sinh nano thiết bước thông PVC kế, chân minh điện chế nhôm tạo công nghiệp Tạo điện dựa hiệu ứng x x x x x ma sát điện Tận dụng nguồn lượng x x x x x học (đi lại, nhảy…) phố Có cấu tạo đơn giản gồm hai vật liệu khác tiếp xúc với x x x x x Sử dụng vật liệu dễ tìm, dễ kiếm x x x x Gia tăng hiệu suất cách tTăng x diện tích tiếp xúc địa phương Định hướng ứng Trang trí x x dụng số khu vực phố Thắp sáng x x x Khảo sát, đo đạc hệ số đầu ra: điện x x áp hở mạch, dịng điện Có độ bền, hoạt động ổn định có lực bên ngồi tác động vào x x x x x vật liệu 1.3 Xác định yêu cầu 1.3.1 Chuyển giao nhiệm vụ Hoạt động GV Hoạt động HS - Giao nhiệm vụ cho HS: Trên sở tìm hiểu Thực nhiệm vụ giao sở khoa học máy phát điện ma sát (khái niệm, nguyên tắc hoạt động, chế hoạt động, cách chế tạo), đề xuất chức năngyêu cầu chức hệ thống phát điện máy phát điện ma sát cần thiết kế, chế tạo thời gian ngày? 1.3.2 Báo cáo kết - Yêu cầu 1: Hệ thống phát điện tạo điện dựa hiệu ứng ma sát điện, tận dụng nguồn lượng học (đi lại, chạy nhảy, tham gia trò chơi dân gian…) số khu vực phố - Sử dụng vật liệu dễ tìm, dễ kiếm, chi phí thấp 12 tích trái dấu Khi bề mặt trượt ngồi, diện tích tiếp xúc bề mặt giảm, dịng điện tích dịch chuyển khỏi mặt phẳng Như vậy, xuất điện trường có chiều từ phải sang trái gần song song với bề mặt hai tấm, tạo điện cao điện cực Sự khác biệt điện tạo dòng điện chạy từ điện cực xuống điện cực Tuy nhiên, sử dụng giải pháp tiếp xúc hai lớp vật liệu tăng cường chưa thực phù hợp với yêu cầu tận dụng hiệu nguồn lượng học hoạt động diễn phố Để hệ thống phát điện có độ bền, hoạt động ổn định có lực học bên ngồi tác động việc sử dụng giấy bìa cứng giải pháp chưa đáp ứng yêu cầu - Phân tích giải pháp 2: Đối với cChế độ phân tách tiếp xúc dọc, k: Khi hai vật liệu có tính chất ma sát điện khác cọ sát xuất điện tích trái dấu bề mặt tiếp xúc chúng Khi hai lớp vật liệu bắt đầu tách xa xuất hiệu điện hai bề mặt Khi dịng điện xuất hai điện cực để nhằm cân hiệu điện mạch kín Chế độ trượt: Khi hai vật liệu có tính chất ma sát điện khác trượt lên phân cực điện tích sản sinh thay đổi diện tích tiếp xúc đồng thời sinh sai khác hiệu điện cực nối qua mạch sinh dòng điện Tuy nhiên, cChế độ phân tách tiếp xúc dọc thường kích hoạt tác động học bên ngoài, chủ yếu sử dụng tình mà kích thích bên ngồi lực học bên ngồi tác động vng góc với lớp ma sát (ví dụ bước người) Do đó, việc lựa chọn chế độ phân tách tiếp xúc dọc giải pháp hợp lý Dự án mong muốn chế tạo máy phát điện ma sát tận dụng hiệu nguồn lượng học hoạt động diễn phố nên chúng em lựa chọn chế độ phân tách tiếp xúc dọc Để hệ thống phát điện có độ bền, hoạt động ổn định có lực học bên ngồi tác động (gỗ + băng dính đồng) (gỗ + băng dính đồng + băng dính chịu nhiệt Kapton) tạo hai vật liệu phù hợp Tuy nhiên, sử dụng gỗ tiếp xúc (gỗ + băng dính đồng) (gỗ + băng dính đồng + băng dính chịu nhiệt Kapton) tạo hai vật liệu có nhược điểm tiếp xúc hai vật liệu không tốt giải pháp - Phân tích giải pháp 3: Giải pháp giống giải pháp khác giải pháp việc khắc phục nhược điểm tiếp xúc hai vật liệu cách bổ sung lớp xốp (gỗ + băng dính đồng) Tuy nhiên, chưa có phương án tính đến để hệ thống phát điện hoạt động ổn định có lực bên ngồi tác động - Phân tích giải pháp 4: 13 Giải pháp giống giải pháp khác giải pháp việc khắc phục nhược điểm tiếp xúc hai vật liệu cách bổ sung lớp xốp (gỗ + băng dính đồng) để hệ thống phát điện có độ bền, phù hợp với khí hậu, thời tiết tỉnh miền núi hoạt động ổn định có lực ngồi tác động sử dụng Cemboard trời chịu nắng mưa loại vật liệu nhẹ xây dựng, ứng dụng rộng rãi hạng mục công trình, thân thiện với mơi trường với thành phần 70% xi măng Portland, sợi Cellulose, cát mịn với số hợp chất vô khác - Lựa chọn giải pháp: Giải pháp đáp ứng yêu cầu chức mà hệ thống phát điện cần thiết kế, chế tạo 1.6 Xây dựng nguyên mẫu 1.6.1 Chuyển giao nhiệm vụ Hoạt động GV Hoạt động HS - Hướng dẫn HS: Thực nhiệm vụ giao + Xây dựng vẽ thiết kế hệ thống phát điện cần chế tạo? + Chế tạo thử nghiệm hệ thống phát điện theo vẽ? Thời gian hoàn thành: tuần 1.6.2 Báo cáo kết - Bản vẽ: Phiên Phiên - Các bước chế tạo: Bước 1: Lựa chọn, mua trang bị vật liệu: (1) Gỗ, (2) Băng dính đồng, (3) Băng dính chịu nhiệt Kapton, (4) Dây dẫn điện, board LED (1) Giấy in cứng, (2) Băng dính đồng, (3) Băng dính chịu nhiệt Kapton, (4) Dây dẫn điện Bước 2: Ghép vật liệu (1) + (32) + (4) thành vuông A (1) + (2) ) + (3) + (4) thành vuông B Bước 3: Nối vuông A, vuông B với LED đơn 5mm thông qua dây đồng dẫn điện thành mạch kín Bước 4: Thử nghiệm khả phát điện (thắp sáng LED đơn) cách đập – nhả vuông A vào vuông B Bước 5: Điều chỉnh, cải tiến, hoàn thiện máy phát điện ma sát hệ thống phát điệnkích thước 10cmx10cm sử dụng vật liệu (1) Gỗ, (2) Băng dính đồng, (3) Băng dính chịu nhiệt Kapton, (4) Dây dẫn điện 14 Phiên Phiên 1.7 Đánh giá hoàn thiện thiết kế 1.7.1 Chuyển giao nhiệm vụ Hoạt động GV Hoạt động HS - Hướng dẫn HS: Thử nghiệm, đánh giá, điều chỉnh Thực nhiệm vụ giao cải tiến hệ thống phát điện? 1.7.2 Báo cáo kết * Thử nghiệm 1: Thử nghiệm khả phát điện từ mơ hình máy phát điện kích thước 10cm x 10cmThử nghiệm khả tạo điện hệ thống phát điện phiên 1: - Thời gian: ngày 04/11/2022 - Địa điểm: Phịng thí nghiệm Vật lí - CN - Nội dung: Thử nghiệm khả tạo điện hệ thống phát điện phiên - Cách thức thử nghiệm: + Lắp hai vật liệu A, B tạo thành mạch điện kín thơng qua dây dẫn điện + Tiến hành đập – nhả vật liệu B lên vật liệu A + Quan sát độ sáng hệ thống LED đơn 5mm - Đánh giá, kết luận: Hệ thống phát điện phiên l3 Sử dụng mơ hình máy phát điện ma sát kích thước 10cmx10cm (diện tích 0,01m2) hoạt động với chế tiếp xúc dọc chế tạo, cung cấp điện cho hệ thống LED đơn 5mm thu kết quả: Như vậy, hệ Giấy – Nhôm – Giấy – Đồng – Giấy – Đồng – thống phát điện Kapton Kapton Kapton kích thước 10cmx10cm (diện tích100 cm2) tạo điện dựa hiệu ứng ma sát điện, đáp ứng yêu cầu chức Số LED đơn tối đa phát sáng Công suất điện tối đa tạo (W) 12 12 12 0,72 0,72 0,72 15 Đánh giá: Qua kết thử nghiệm, bước đầu khẳng định mơ hình máy phát điện ma sát nano kích thước 10cm x 10cm (diện tích 0,01 m2) làm phát sáng 12 LED đơn 5mm, tạo công suất điện tối đa cỡ 0,72 (W) - Điều chỉnh, cải tiến: Thay đổi cách thiết kế hệ thống phát điện phiên để tăng hiệu suất cách bổ sung lớp xốp (gỗ + băng dính đồng) * Thử nghiệm 2: Thử nghiệm, tính tốn, phân tích đánh giá khả phát điện từ mơ hình máy phát điện kích thước 40cm x 40cm, sử dụng máy phát điện ma sát cho ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa khả tạo điện hệ thống phát điện tối ưu hóa tiếp xúc hai vật liệu: - Thời gian: ngày 05/11/2022 - Địa điểm: Phịng thí nghiệm Vật lí - CN - Nội dung: Thử nghiệm khả tạo điện hệ thống phát điện tối ưu hóa tiếp xúc hai vật liệu - Cách thức thử nghiệm: + Chế tạo hệ thống phát điện Hình 11 + Lắp hai vật liệu A, B tạo thành mạch điện kín thơng qua dây dẫn điện + Tiến hành đập – nhả vật liệu B lên vật liệu A + Quan sát, so sánh số lượng LED đơn 5mm phát sáng hệ thống phát điện phiên + Sử dụng đồng hồ đo điện đa số DT9208A, đo hệ số đầu hệ thống phát điện: điện áp hở mạch, dòng điện - Đánh giá, kết luận: + Quan sát, so sánh số lượng LED đơn 5mm phát sáng hệ thống phát điện phiên 1: STT Hệ thống phát điện phiên Số lượng LED đơn 5mm phát sáng Giá trị TB điện áp hở mạch U (V) Giá trị TB dòng điện I ( A) Sử dụng (gỗ + băng dính đồng) (gỗ + băng dính 13 0,36 14,5 đồng + băng dính chịu nhiệt Kapton) Sử dụng (gỗ + xốp + băng dính đồng) (gỗ + băng 16 0,45 12,8 dính đồng + băng dính chịu nhiệt Kapton) Như vậy, để tối ưu hóa tiếp xúc hai vật liệu sử dụng phương án bổ sung lớp xốp (gỗ + băng dính đồng) khả thi + Đo hệ số đầu hệ thống phát điện: điện áp hở mạch, dòng điện: 16 STT Hệ thống phát điện phiên 1 Sử dụng (gỗ + băng dính đồng) (gỗ + băng dính đồng + băng dính chịu nhiệt Kapton) Sử dụng (gỗ + xốp + băng dính đồng) (gỗ + băng dính đồng + băng dính chịu nhiệt Kapton) U (V) Giá trị Trung quan bình sát 0,41 0,30 0,43 0,36 0,35 0,33 0,47 0,45 0,44 0,45 0,51 0,40 I ( A) Giá trị Trung quan bình sát 18,67 16,02 11,44 14,50 13,88 12,50 11,83 17,98 13,34 12,80 12,43 8,41 - Hoạt động hệ thống phát điện phiên 1: + Chưa có xốp: + Có xốp: https://tinyurl.com/pb1khongxop https://tinyurl.com/pb1coxop * Thử nghiệm khả tạo điện hệ thống phát điện phiên 2: - Thời gian: 12/11/2022 - Địa điểm: Phịng thí nghiệm Vật lí - CN - Nội dung: Thử nghiệm khả tạo điện hệ thống phát điện phiên - Cách thức thử nghiệm: + Chế tạo hệ thống phát điện Hình 12 + Bước chân lên gỗ (có lực ngồi tác động) + Quan sát số lượng LED đơn 5mm phát sáng hệ thống phát điện phiên + Sử dụng đồng hồ đo điện đa số, đo điện áp hở mạch hệ thống phát điện phiên + Sử dụng Dao động ký, điều chỉnh, quan sát xung (điện áp hở mạch) hệ thống phát điện tạo - Đánh giá, kết luận: + Hệ thống phát điện phiên làm phát sáng cỡ 62 LED đơn 5mm (lắp thành dãy song song, dãy gồm 31 LED nối tiếp) * Hình ảnh mơ hình máy phát điện kích thước 40cm x 40cm: + Kết đo điện áp hở mạch hệ thống phát điện phiên 2: 17 Điện áp hở mạch hệ thống có Điện áp hở mạch hệ thống có vật liệu chưa giảm bề dày vật liệu giảm bề dày + Hình ảnh quan sát xung (điện áp mạch) hệ thống phát điện phiên tạo ra: hở (Bổ sung) - Điều chỉnh, cải tiến: Thay đổi cách thiết kế hệ thống phát điện phiên để tăng hiệu suất cách giảm bề dày vật liệu: Tấm vật liệu chưa giảm bề dày Tấm vật liệu giảm bề dày - Hoạt động hệ thống phát điện phiên 2: https://tinyurl.com/pb2giambeday 1.8 Phân tích, tính tốn sử dụng hệ thống phát điện máy phát điện ma sát tuyến đường xung quanh chợ Kỳ Lừa có độ dài 500m, lịng đường rộng 6,5 củađịnh hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa 1.8.1 Chuyển giao nhiệm vụ Hoạt động GV Hoạt động HS - Hướng dẫn HS phân tích, tính tốn sử dụng hệ Thực nhiệm vụ giao thống phát điện máy phát điện ma sát tuyến đường xung quanh chợ Kỳ Lừa có độ dài 500m, lòng đường rộng 6,5 củađịnh hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa? 1.8.2 Báo cáo kết 18 Để thắp sáng tuyến đường, chúng em sử dụng bóng đèn LED chiếu sáng cao áp (2 mắt) 100W (quang thông  13.000 lm ) [11] Để có sở lắp đặt bóng đèn LED chiếu sáng, cần phải xác định khoảng cách bóng đèn LED Biết độ rọi trung bình cần đáp ứng chiếu sáng đèn đường 100lux [12], chúng em tính khoảng cách bóng đèn đường e  13.000  20(m) E tb  100.6,5 [13] Vậy, với độ dài 500m tuyến đường: - 20m bố trí bóng đèn LED chiếu sáng cao áp (2 mắt) 100W, cần 25 bóng đèn LED chiếu sáng cao áp với cơng suất 2.500 W - 20m bố trí 1m LED dây trang trí 12V, có cơng suất 14,4 W, cần 25 m LED dây trang trí 12V với cơng suất 360 W Như vậy, tổng công suất điện cần 2860 W, tương đương với cần diện tích 79,4 m2 đường Qua việc phân tích nêu trên, chúng em đưa kết luận: Việc thiết kế, chế tạo máy phát điện ma sát sử dụng máy phát điện ma sát cho ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa có sở khoa học, sở thực tiễn đảm bảo tính khả thi Theo thống kê ban quản lý phố Kỳ Lừa, trung bình tuần (từ 18h – 24h thứ thứ 7) phố thu hút khoảng 10.000 lượt khách Trong có 1.000 lượt người di chuyển trung bình người 100m quãng đường mà 1.000 lượt người di chuyển phố 100.000m Mà chiều dài trung bình chân người 24cm, chiều rộng trung bình chân người cm diện tích bước chân trung bình người di chuyển 24cmx9cm = 216cm2 = 0,0216m2 Bình quân 1,6km tương ứng với 2.000 bước chân Do đó, 1.000 lượt người di chuyển phố 100km tương ứng với 125.000 bước chân Khi diện tích mà 1.000 lượt người di chuyển phố 2.700m2 Tính đến hiệu suất hệ thống phát điện 15% diện tích mà 1.000 lượt người di chuyển phố tạo điện 405m2 Khi tạo cơng suất điện trung bình cỡ 20.533W * Chế tạo hệ thống phát điện với kích thước dài 60m x rộng 6m (diện tích 360m2) tạo điện dựa hiệu ứng ma sát điện theo chế phân tách tiếp xúc dọc, tính đến hiệu suất hệ thống phát điện 15% tạo điện với cơng suất trung bình cỡ 2.737W làm phát sáng 307 LED đơn 5mm (có cơng suất trung bình cỡ 12W) phục vụ trang trí thắp sáng 25 bóng đèn 100W, thắp sáng bóng đèn 50W, bóng đèn 25W 19 Như vậy, với hệ thống phát điện có hiệu suất H = 0,15 với diện tích S tạo điện có cơng suất trung bình P, mà hệ thống phát điện phiên (diện tích 100cm 2) làm phát sáng 13 LED đơn 5mm, tạo cơng suất điện trung bình 0,507W 0,507 0,507 Sci  S.0,15 7,605.S (W ) 0,01 0,01 * Đối với tuyến đường xung quanh chợ Kỳ Lừa có độ dài 500m, lịng đường rộng 6,5m: Để thắp sáng tuyến đường, sử dụng bóng đèn LED chiếu sáng cao áp (2 mắt) 100W với quang thông  13.000 lm) Để có sở lắp đặt bóng đèn LED chiếu sáng, cần phải xác định khoảng cách bóng đèn LED Biết độ rọi trung bình cần đáp ứng chiếu sáng đèn đường 100lux [11], chúng em tính khoảng cách bóng đèn đường P e  13.000  20(m) E tb  100.6,5 Vậy, với độ dài 500m tuyến đường: - 20m bố trí bóng đèn LED chiếu sáng cao áp (2 mắt) 100W, cần 25 bóng đèn LED chiếu sáng cao áp với cơng suất 2.500W - 20m bố trí 1m LED dây trang trí 12V, có cơng suất 14,4 W, cần 25 m LED dây trang trí 12V với cơng suất 360W Như vậy, tổng công suất điện cần để trang trí thắp sáng P = 2.860W, cần đến diện tích S = P/7,605 = 376 (m2) Do cần 37.600 hệ thống phát điện phiên 1, cần 2.350 hệ thống phát điện phiên Để sử dụng hệ thống phát điện cho ứng dụng trang trí, thắp sáng số khu vực phố Kỳ Lừa cần lưu ý yêu cầu sau: - Hiệu phát điện TENG tăng không đáng kể với tăng tần số lực tác động không đổi tần số 5Hz - Xây dựng phương án xử lý: độ bền vật liệu tuổi thọ hệ thống phát điện, thay đổi điện trở vật liệu thay đổi diện tích; thống kê xác số lượng du khách lại (số lượng bước chân lại) số khu vực phố Kỳ Lừa; việc đề xuất ý tưởng, định hướng việc sử dụng hệ thống phát điện cho ứng dụng trang trí, thắp sáng số khu vực phố Kỳ Lừa cần có thêm xử lý mặt kỹ thuật chuyên gia Qua phân tích, tính tốn nêu trên, chúng em đưa kết luận: Việc thiết kế, chế tạo hệ thống phát điện sử dụng hệ thống phát điện cho ứng dụng trang trí, thắp sáng số khu vực phố Kỳ Lừa có sở khoa học, sở thực tiễn đảm bảo tính khả thi 1.9 Thiết kế Poster 1.9.1 Chuyển giao nhiệm vụ Hoạt động GV Hoạt động HS - Hướng dẫn HS thiết kế poster theo kích cỡ BTC Thực nhiệm vụ giao 20 quy định, thể rõ Lý lựa chọn dự án, Mục tiêu nghiên cứu, Phương pháp nghiên cứu; Quy trình nghiên cứu, Việc thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, điều chỉnh, cải tiến, lưu ý hình vẽ, bảng biểu; Tính mới, tính sáng tạo, Ý nghĩa, Kết luận, Hướng phát triển? 1.9.2 Báo cáo kết Đánh giá kết thu 2.1 Tính mới, tính sáng tạo - SKKN cụ thể hóa quy trình hướng dẫn HS NCKH KT vận dụng thực dự án cụ thể Qua nội dung SKKN, qua nội dung dự án, GV HS có nghiên cứu, vận dụng để thực mức độ định, có hệ thống câu hỏi hướng dẫn phần - Tính mới, tính sáng tạo dự án: + Ứng dụng công nghệ chuyển đổi lượng phát minh Wang cộng năm 2012 máy phát điện ma sát nano (TENG) mà Việt Nam tỉnh chúng em sinh sống chưa nghiên cứu rộng rãi Công nghệ điện ma sát bắt đầu nghiên cứu từ năm 2012 + T - Chế tạo máy phát điện ma sát định hướng ứng dụng trang trí, thắp sáng phố Kỳ Lừa ý tưởng hoàn toàn Việt Nam tỉnh chúng em sinh sống - Thiết kế, chế tạo thành công và, thử nghiệm, cải tiến thành công hoạt động máy phát điện ma sát hệ thống phát điện phiên với (kích thước 10 cm x 10 cm 40 cm x 40 cmkhác nhau) tối ưu tiếp xúc vật liệu, định hướngtheo yêu cầu chức năng: tận dụng nguồn lượng học (đi lại, chạy nhảy, trò chơi dân gian…) phố Kỳ Lừa; có cấu tạo đơn giản gồm hai vật liệu khác tiếp xúc với