nạp điện cho đèn led bằng năng lượng gió và ứng dụng cho xe đạp

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT XUÂN ĐỈNH ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). NẠP ĐIỆN CHO ĐÈN LED BẰNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG CHO XE ĐẠP Lĩnh vực: KĨ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN - Cô Nguyễn Thị Lan Anh - Giáo viên bộ môn vật lý Trường THPT Xuân Đỉnh TÁC GIẢ: 1. Đỗ Đình Mạnh Lớp: 11A1 Trường:THPT Xuân Đỉnh 2. Trần Hồng Minh Lớp: 11A1 Trường: THPT Xuân Đỉnh Hà Nội, tháng 12 năm 2014 3 MỤC LỤC Mục Lục Trang I. Lý do chọn đề tài 5 II. Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điểm mới, sáng tạo của đề tài 6 III. Quá trình nghiên cứu và kết quả 7 IV. Kết luận 13 V. Các tài liệu tham khảo 15 4 I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI • Lý do nảy sinh ý tưởng -Hiện nay, tạo ra nguồn điện an toàn và bảo vệ môi trường là một trong những vấn đề các nhà khoa học quan tâm - Năng lượng tái tạo là một nguồn năng lượng đang được khuyến khích sử dụng để thay thế cho năng lượng hóa thạch đang gây ô nhiễm môi trường hiện nay - Ở khu vực chúng em đang học tập và sinh sống, các bạn học sinh thường xuyên phải đi học về muộn trên các con đường tối, không có đèn, có thể nguy hiểm cho bản thân - Đinamô xe đạp không có hiệu quả cao do không ma sát liên tục với bánh xe hoặc hay làm vướng xe khi di chuyển do đinamô hay vướng vào nan hoa, gây ra các tiếng lạo xạo hoặc các thể làm gẫy nan hoa 5 II. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI - Thắp sáng cho đèn của xe đạp bằng năng lượng gió - Nghiên cứu và đưa vào sử dụng một hệ thống năng lượng gió đơn giản, dễ sử dụng - Sử dụng năng lượng tái tạo một cách đơn giản, góp phần bảo vệ môi trường 6 III. QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để phát triển đề tài chúng em đã vận dụng các phương pháp nghiên cứu sau: - Tìm kiếm, phân tích và sử dụng các thông tin có sẵn trên các sách, báo và các website - Phương pháp trực quan - Phương pháp thực nghiệm a) Tìm kiếm, phân tích và sử dụng các thông tin có sẵn trên các sách, báo và website. - Phương pháp này được dùng chủ yếu và xuyên suốt quá trình nghiên cứu. - Khi mới bắt đầu thực hiện nghiên cứu đề tài, chúng em chủ yếu tìm kiếm thông tin trên Internet. Đầu tiên chúng em đánh tên đề tài của mình lên và nghiên cứu những đề tài tương tự như đề tài của mình, phân tích thông tin, kết cấu, những ưu nhược điểm của các sản phẩm có sẵn trên mạng và từ đó rút ra những hướng đi tốt nhất cho đề tài của mình. - Ngoài ra chúng em còn xem và tham khảo một số clip về Khoa học và Kĩ thuật để làm cơ sở nghiên cứu cho đề tài của mình. Chúng em còn sử dụng một số trang web bán hàng để mua được các vật dụng cần thiết cho đề tài với giá phải chăng. b) Phương pháp thực nghiệm: - Chúng em tiến hành thử nghiệm hệ thống với những thí nghiệm đơn giản trên từng bộ phận của hệ thống . Với mỗi bộ phận chúng em thử nghiệm với những loại khác nhau,có đặc điểm khác nhau về kích cỡ, khối lượng… - Từ các kết quả trên, chúng em rút ra ưu nhược điểm của từng bộ phận và những yếu tố cần có của các bộ phận đó sau đó chọn ra những bộ phận thích hợp cho hệ thống, tạo nên một hệ thống hoàn thiện và các hiệu quả cao hơn 7 c) Phương pháp trực quan: Dùng các số liệu thu thập được từ trên mạng Internet và các sách báo cùng với kết quả thu thập được từ thực nghiệm, chúng em có thể đánh giá được một cách tổng quát về đề tài của mình. Qua đó có thể thấy tiến trình làm việc và nghiên cứu của đề tài Ngoài các phương pháp trên ra, chúng em kết hợp thêm với việc lắng nghe các ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo hướng dẫn và các giám khảo sau từng vòng thi để rút ra được những điểm sai sót để sửa chữa và khắc phục. 8 2. Ý TƯỞNG BAN ĐẦU - Hệ thống cơ bản gồm 3 phần chính: • Máy phát điện đơn giản • Acquy • Bóng đèn a) Máy phát điện đơn giản bao gồm: - Sử dụng một cánh quạt nhẹ đặt ở đầu xe: cánh quạt hoạt động trên nguyên lí hoạt động của một tuốc bin gió. Cánh quạt này sử dụng 1 quạt máy tính. - Máy phát điện đơn giản: nam châm, cuộn dây dẫn, 1 bộ khung giúp cố định cánh quạt vào xe b) Phần acquy: gồm 1 acquy loại 3V đến 6V. Acquy này sẽ được gắn vào thân xe, sẽ được tích điện nhờ vào dòng điện sinh ra ở tuốc bin gió. Dòng điện trong acquy sẽ đóng vai trò là nguồn điện giúp thắp sáng đèn cho xe đạp c) Bóng đèn: là vật dụng quan trọng. Bóng đèn có sáng hiệu quả hay không ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu của đề tài. Sử dụng đèn LED thay vì bóng đèn bình thường của đinamô sẽ có hiệu quả hơn do đèn LED có hiệu điện thế rất nhỏ. - Mô hình đơn giản: 9 - Nguyên lí hoạt động: Khi cho một khung dây quay đều trong từ trường làm cho từ thông qua các vòng dây biến thiên, khi đó trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu khung dây với một mạch ngoài kín thì trong mạch ngoài có dòng điện. - Vì hệ thống hoạt động nhờ năng lượng gió do vậy khi có gió, cánh quạt sẽ chuyện động quay. Vận tốc gió càng lớn thì từ thông gửi qua các vòng dây biến thiên càng lớn dòng điện sinh ra càng lớn. Dòng điện này sẽ được tích vào acquy và sẽ được sử dụng khi cần dùng đến đèn.  Ưu điểm của hệ thống: acquy có thể sạc bất kì lúc nào khi người sử sử dụng đi xe đạp, kể cả khi sáng và tối, đặc biệt có hiệu quả khi trời có gió to và dòng điện tạo ra càng lớn  Nhược điểm: tạo ra lực cản, dòng điện tạo ra không lớn và không ổn định do gió. Ngoài ra có thể bị chai pin do acquy lúc nào cũng được nạp điện - Do có các nhược điểm như trên, chúng em đã đề ra một quá trình nghiên cứu gồm 4 giai đoạn để có thể nghiên cứu một cách khoa học hơn nhằm giảm bớt phần nào những nhược điểm không mong muốn của hệ thống. 3. CÁC GIAI ĐOẠN NGHIÊN CỨU • Giai đoạn 1: Lên ý tưởng. Chúng em dự định nghiên cứu và chế tạo một hệ thống năng lượng gió đơn giản, dễ sử dụng và phác thảo qua hệ thông ra giấy A4 • Giai đoạn 2: Thí nghiệm đơn giản để có cơ sở cho đề tài, chúng em sẽ thử nghiệm với một hệ thống đơn giản gồm quạt thông gió máy tính, nam châm bóng đèn nhỏ để rút ra được bóng đèn phù hợp cho đề tài • Giai đoạn 3: Mô hình hóa ý tưởng. Chúng em sẽ tiến hành thử nghiệm với một số bộ phận khác như cánh quạt để rút ra lựa chọn tối ưu cho hệ thống sau này • Giai đoạn 4: Thực nghiệm. Chúng em sẽ gắn thêm acquy và tích hợp hệ thống hoàn chỉnh với xe đạp, thu kết quả và chỉnh sửa các sai sót. 10 - Để nghiên cứu về nhược điểm của hệ thống, chúng em đã nhanh chóng triển khai giai đoạn 3 với những nghiên cứu sau: a) Nghiên cứu về acquy: • Nhờ những thông tin có ở trên mạng Internet,các tài liệu và sách báo cũng như sự hướng dẫn của giáo viên tham gia, chúng em đã lựa chọn acquy 3V là acquy thích hợp nhất cho hệ thống b) Nghiên cứu về nam châm và cuộn dây: • Nam châm và cuôn dây là những vật dụng quan trọng nhất để tạo nên dòng điện. Để dòng điện mạnh hơn, chúng em dự định sẽ tăng số vòng dây lên hoặc sử dụng một nam châm to hơn để có thể làm tăng từ thông trong cuộn dây. c) Nghiên cứu về bộ phận cánh quạt • Sau giai đoạn 2, chúng em đã có nhiều ý tưởng cho giai đoạn 3, cụ thể là các ý tưởng sau (1)Tiếp tục sử dụng quạt thông gió máy tính cho hệ thống. (2) Thay quạt thông gió máy tính bằng một cánh quạt tự chế từ vỏ lon coca. 4. TRANH LUẬN - Phân tích các hướng đi đã đề ra cho giai đoạn 3: Chi tiết các ý tưởng: • Ý tưởng 1: Dùng quạt thông gió máy tính Quạt thông gió máy tính rẻ, dễ mua, Quạt thông gió máy tính đã có dây nối sẵn, dễ dàng nối với hệ thống → Thuận tiện cho người sử dụng, thuận tiện cho việc nghiên cứu • Ý tưởng 2: Dùng quạt tự chế từ vỏ lon coca Ưu điểm: nhẹ, vật liệu dễ kiếm, có thể tái chế từ môi trường Nhược điểm: +Bố trí vị trí cho các cánh quạt không chuẩn xác  Làm ảnh hưởng đến quá trình quay của cánh quạt 11 + Cánh quạt rất sắc, có thể gây sát thương cho người sử dụng + Cần có những vật liệu khác để nối cánh quạt với acquy và bóng đèn • Dựa theo các điểm đã phân tích  Lựa chọn ý tưởng 1 là hướng phát triển chính của giai đoạn 3 12 [...]... bước vào giai đoạn 4: - Hình ảnh hệ thống khi đã được lắp vào xe đạp: 13 - Hiện tại, do thời gian có hạn, chúng em mới chỉ hoàn thiện một phần trong đề tài là thắp sáng cho bóng đèn chứ chưa có kết hợp với acquy, do vậy giai đoạn 4 sẽ thực hiện với những công việc sau:  Tiếp tục thử nghiệm khả năng hoạt động của hệ thống, để hoàn thiện việc thắp sang cho đèn và tiếp tục triển khai việc nạp acquy... đèn và tiếp tục triển khai việc nạp acquy  Áp dụng với đinamo xem có hiệu quả hơn so với đinamô hay không  Rút ra sai sót và sửa chữa  Tính toán chi phí cho hệ thống, xem chênh lệch so với đinamô có lớn hay không 14 V CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Sau đây là một số tham khảo làm máy phát điện gió đơn giản của một số trang web trên mạng: 1 Tự làm máy phát điện gió nhỏ gọn (nguồn: http://tutaylam.com/news/cong-nghe/tu-lam-may-phat-dien-gio-nhogon-224/) . SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI - Thắp sáng cho đèn của xe đạp bằng năng lượng gió - Nghiên cứu và đưa vào sử dụng một hệ thống năng lượng gió đơn giản, dễ sử dụng - Sử dụng năng lượng tái tạo một cách đơn giản,. được gắn vào thân xe, sẽ được tích điện nhờ vào dòng điện sinh ra ở tuốc bin gió. Dòng điện trong acquy sẽ đóng vai trò là nguồn điện giúp thắp sáng đèn cho xe đạp c) Bóng đèn: là vật dụng quan. PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). NẠP ĐIỆN CHO ĐÈN LED BẰNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ỨNG DỤNG CHO XE ĐẠP Lĩnh vực: KĨ THUẬT ĐIỆN VÀ CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN - Cô Nguyễn Thị Lan Anh - Giáo viên bộ