Магнитный поезд своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов:

На сверхпроводящих магнитах (электродинамическая подвеска, EDS)
На электромагнитах (электромагнитная подвеска, EMS)
На постоянных магнитах; это новая и потенциально самая экономичная система.

Состав левитирует за счёт отталкивания одинаковых полюсов магнитов и, наоборот, притягивания разных полюсов. Движение осуществляется линейным двигателем, расположенным либо на поезде, либо на пути, либо и там, и там. Серьёзной проблемой проектирования является большой вес достаточно мощных магнитов, поскольку требуется сильное магнитное поле для поддержания в воздухе массивного состава.

Наиболее активные разработки маглев ведут Германия и Япония.

Достоинства

Теоретически самая высокая скорость из тех, которые можно получить на общедоступном (не спортивном) наземном транспорте.
Низкий шум.

Недостатки

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку

Поезд будущего

Экспериментальный вагон в цеху — уже в новой раскраске. Его перекрашивали несколько раз, а для съёмок в фантастическом короткометражном фильме сделали на борту большую надпись Fire-ball.

Магнитные модули (серые) на рельсе (оранжевом). Прямоугольные бруски по центру фотографии — это как раз датчики зазора, отслеживающие неровности поверхности. Электронику с ТП-05 сняли, но магнитное оборудование осталось, и, в принципе, вагон снова можно запустить.

Варианты

Существуют проекты магнитных дорог с различными видами магнитного подвеса, например, Tubular Rail предлагает отказаться от рельса как такового, и использовать лишь периодически расставленные кольцевые опоры.

Реализация

Поезд Transrapid 08 на станции полигона Эмсланд

Германия

Эмсланд

Transrapid, немецкая компания по разработке маглева, построила в 1984 году в Эмсланде испытательный трек общей длиной 31,5 км. Дорога проложена между Дёрпеном и Латеном, имеет одну колею с оборотными петлями на каждом конце. Поезда беспилотные, весь контроль движением осуществляется из диспетчерского пункта. Максимальная скорость движения, которую удавалось развить на прямом участке дороги во время испытаний — 501 км/ч.

Лицензия на использование трассы закончилась в 2011 году, после чего трасса была закрыта. Трасса маглева должна была быть разобрана в 2012 году, но демонтаж до сих пор не начат. Поезд Трансрапид 09 находится в г. Латене в законсервированном состоянии и его последующее запланированное использование на острове Тенерифе остаётся на стадии концепции.

M-Bahn в Берлине

Первая публичная система маглев (M-Bahn) построена в Берлине в 1980-х годах.

Дорога длиной 1,6 км соединяла 3 станции метро от железнодорожного узла Gleisdreieck до выставочного комплекса на Potsdamer Straße и была открыта для движения пассажиров 28 августа 1989 года. Поезда могли достигать скорости 80 км/ч и вмещали до 130 пассажиров. Проезд был бесплатный, вагоны управлялись автоматически без машиниста, дорога работала только по выходным дням. В районе, куда подходила дорога, предполагалось провести массовое строительство. Дорога была построена на эстакадном участке бывшей линии метро U2, где движение было прервано в связи с разделением Германии и разрушениями во время войны. По окончании необходимых испытаний, во время которых было пройдено более 100 тыс. км и перевезено более 1,7 млн. пассажиров, 18 июля 1991 года линия перешла в промышленную эксплуатацию и включена в систему общественного транспорта Берлина.

После разрушения Берлинской стены население Берлина фактически удвоилось и потребовалось соединить транспортные сети Востока и Запада. Новая дорога прерывала важную линию метро, а городу требовалось обеспечить высокий пассажиропоток. Через 13 дней после ввода в промышленную эксплуатацию, 31 июля 1991 года, муниципалитет принял решение демонтировать магнитную дорогу и восстановить метро. C 17 сентября дорога была демонтирована, а позднее — восстановлено метро.

Бирмингем (Великобритания)

Нескоростной маглев-челнок ходил от Бирмингемского аэропорта к ближайшей железнодорожной станции в период с 1984 по 1995 годы. Длина трассы составляла 600 м, и зазор подвеса составлял 1,5 см. Дорога, проработав 10 лет, была закрыта из-за жалоб пассажиров на неудобства и была заменена традиционной монорельсовой дорогой.

В СССР в 1979 году в городе Раменском (Московская область) был построен экспериментальный тестовый участок для ходовых испытаний вагонов на магнитном подвесе в виде эстакады длиной 600 м, впоследствии продлённый до 980 м. В период с конца 1970-х по 1980-е годы было создано пять опытных образцов вагонов, получивших обозначения серий от ТП-01 до ТП-05.

Строительство первой магнитной железной дороги было начато в 1987 году в Армении и по плану должно было быть завершено в 1991 г. Эта дорога должна была соединить через Абовян города Ереван и Севан, однако Спитакское землетрясение 1988 года и военные события стали причиной замораживания проекта. Поезда должны были развивать скорость 250 км/ч, в итоге была построена лишь эстакада.

Китай

Поезд Transrapid Шанхайского маглева

Шанхай

Высокоскоростная маглев-трасса от шанхайского аэропорта Пудун до первой станции метро Шанхая. Линия построена немецкой компанией Siemens и открыта в 2002 году. В качестве подвижного состава используются модифицированные поезда Transrapid 08. Длина трассы — 30 км; максимальная скорость поезда — 430 км/час; время в пути — 10 мин.; цена билета — 40 юаней (примерно 6 долл. США).

На начало 2017 года шанхайский маглев является единственным в мире высокоскоростным поездом на магнитной подушке, находящимся в коммерческой эксплуатации.

Чанша

Вторая маглев-линия в Китае была построена в городе Чанша. В отличие от Шанхайской линии, она не является высокоскоростной и построена по собственной технологии китайской разработки Длина линии составляет 18,55 километров. Линия имеет три станции и соединяет международный аэропорт Чанша и высокоскоростной железнодорожный вокзал Чанша Южная с промежуточной остановкой Лангли. Конструкционная скорость поездов составляет 120 км/ч, однако в настоящее время она ограничена до 100 км/ч.

Строительство линии было начато в мае 2014 года, стоимость проекта составила 4,6 миллиарда юаней (749 миллионов долларов).. Испытания поездов начались 26 декабря 2015 года, а с 6 мая 2016 года линия открылась для пассажиров и были начаты регулярные перевозки

Пекин

В конце 2017 года в системе пекинского метрополитена была открыта первая автоматизированная линия S1 длиной 10,2 км также невысокоскоростного маглева отечественной разработки.

Япония

В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси по технологии JR-Maglev. Скорость, достигнутая в процессе испытаний MLX01-901 с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч.

Там же, в Японии, к открытию выставки Expo 2005 в марте 2005 введена в коммерческую эксплуатацию новая трасса. 9-километровая линия Линимо (Нагоя) состоит из 9 станций. Минимальный радиус — 75 м, максимальный уклон — 6 %. Линейный двигатель позволяет поезду разгоняться до 100 км/ч за считанные секунды. Линия обслуживает территорию, прилегающую к месту проведения выставки, университету префектуры Айти (префектура), а также некоторые районы Нагакутэ. Поезда изготовлены компанией Chubu HSST Development Corp.

В 2027 году планируется открытие регулярного движения между городами Токио и Нагоя.

16 апреля 2015 года поезд на магнитной подушке японской компании Central Japan Railway установил новый рекорд скорости, разогнавшись до 590 километров в час. Состав из семи вагонов шёл на этой скорости в течение 19 секунд во время испытаний на участке железной дороги из города Уэнохара в Фуэфуки.

года в ходе испытаний на экспериментальном участке путей протяжённостью 42,8 километра в префектуре Яманаси состав с вагонами серии L0 развил скорость в 603 км/ч.

Южная Корея

Дорога относится к типу городского маглева (urban (or low- and medium-speed) maglev transport). Она связывает международный аэропорт Инчхон с базой отдыха Yongyoo-Mui. Количество станций — 6, длина — 6,1 км. Максимальная скорость движения составит 110 км/ч. Начало эксплуатации — г. Используются собственные технологии южнокорейской компании Hyundai Rotem. В дальнейшем Южная Корея намерена развивать сеть городских и междугородних скоростных линий MAGLEV. Главным поставщиком составов и оборудования также должна стать компания Hyundai Rotem (подразделение многопрофильного холдинга Hyundai).

Книга рекордов Гиннесса

На данный момент первою строчку в списке самых быстрых поездов на магнитной подушке занимает японское решение JR-Maglev MLX01, которому года на испытательной трассе в Яманаси удалось развить рекордную скорость – 581 км/ч. Стоит отметить, что JR-Maglev MLX01 принадлежит еще несколько рекордов, установленных в период с 1997 по 1999 год – 531, 550, 552 км/ч.

Если взглянуть на ближайших конкурентов, то среди них стоит отметить шанхайский маглев Transrapid SMT, построенный в Германии, которому удалось в ходе испытаний в 2003 году развить скорость 501 км/ч и его прародителя – Transrapid 07, преодолевшего рубеж в 436 км/ч еще в 1988 году.

Все с нуля

Очень дорогая игрушка

Не так давно популярные журналы называли поезда на магнитной подушке революционным транспортом, а о запуске новых проектов подобных систем с завидной регулярностью сообщали как частные компании, так и органы власти из разных стран мира. Однако большинство из этих грандиозных проектов были закрыты еще на начальных стадиях, а некоторые железнодорожные линии на магнитном подвесе хоть и сумели недолго послужить на благо населения, позже были демонтированы.

Главная причина неудач в том, что поезда на магнитной подвеске чрезвычайно дороги. Они требуют специально построенной под них с нуля инфраструктуры, которая, как правило, и является самой расходной статьей в бюджете проекта. К примеру, шанхайский маглев обошелся Китаю в $1,3 млрд или $43,6 млн за 1 км двустороннего полотна (включая затраты на создание поездов и постройку станций). Конкурировать с авиакомпаниями поезда на магнитной подушке могут лишь на более длинных маршрутах. Но опять же, в мире достаточно мало мест с большим пассажиропотоком, необходимым для того чтобы железнодорожная линия на магнитном подвесе окупилась.

Что дальше?

На данный момент будущее поездов на магнитной подвеске выглядит туманно в большей степени из-за запредельной дороговизны подобных проектов и длительного периода окупаемости. В то же время множество стран продолжают инвестировать огромные средства в проекты по созданию высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ). Не так давно в Японии были возобновлены скоростные испытания поезда на магнитной подушке Maglev L0, который войдет в эксплуатацию к 2027 году.

Японское правительство также надеется заинтересовать собственными поездами на магнитной подушке США. Недавно представители компании The Northeast Maglev, которые планируют соединить с помощью железнодорожной линии на магнитном подвесе Вашингтон и Нью-Йорк, совершили официальный визит в Японию. Возможно поезда на магнитной подвеске получат большее распространение в странах с менее эффективной сетью ВСМ. К примеру, в США и Великобритании, но их стоимость по-прежнему останется высока.

Кол-во блоков: 17 | Общее кол-во символов: 22326
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:

В 1979 году сразу две страны — Западная Германия и СССР — запустили экспериментальные образцы пассажирских маглевов. Маглев (magnetic levitation) — поезд на магнитной подушке, который при движении парит в воздухе, не касаясь никакой опоры. Немцы сделали из этого настоящую рекламу — маглев по коротенькой трассе возил посетителей Международной транспортной выставки IVA. У нас же с рекламой всегда было плохо, поэтому первый советский маглев ТП-01 ездил по заводской 36-метровой трассе.

Что такое маглев

Маглев — поезд на магнитной подушке, магнитоплан — это поезд, приводимый в движение мощным электромагнитным полем, которое одновременно приподнимает его над дорогой. Зазор совсем небольшой, примерно 15 мм (плюс-минус), но всё же маглев фактически летит. Никаких вам выхлопов. Никакого грохота многочисленных колёсных пар по рельсам, никакого рёва дизелей или гудения электромоторов. Сам по себе маглев перемещается бесшумно, только при большой скорости — несколько сотен километров в час — будет возникать аэродинамический шум.

Единственное, что ограничивает скорость маглева — мощность магнитов и аэродинамическое сопротивление. То есть в теории маглевы могут конкурировать со среднемагистральной авиацией.

Правда, есть у технологии и два важных недостатка: для движения маглевов нужно прокладывать отдельную дорожную сеть, а стоимость строительства и обслуживания одного километра гораздо выше, чем у традиционного ЖД-транспорта. С другой стороны, это отчасти компенсировалось крайне низким износом подвижного состава — ведь у маглева нет механической ходовой части, ничто не крутится, не стирается, не накапливает усталость металла. По сути, маглев — это капсула, висящая над дорогой благодаря отталкиванию магнитных полюсов.

Советский маглев

ТП-01 имел массу 12 т и вмещал 20 пассажиров. В сжатые сроки были созданы новые испытательные маглевы — ТП-02 и 03. Их тестировали на 180-метровой трассе в подмосковном городе Раменское, где находился ВНИИПИтранспрогресс. Вскоре трассу удлинили до 850 метров. Маглев ТП-04 стал передвижной лабораторией.

В 1986-м инженеры ВНИИПИтранспрогресса создали свой последний и наиболее совершенный прототип маглева — ТП-05.

Маглев имел алюминиевый корпус, весил 18 т и мог перевозить 18 человек. В принципе, мог и больше, просто остаток объёма был занят дополнительным испытательным и измерительным оборудованием. Изначально планировалось испытывать ТП-05 на скоростях до 100 км/ч.

Ереванский маглев должен был стать не только испытательной линией, но и своеобразной технологической витриной. Даже выбор Абовяна в качестве конечной точки маршрута был не случаен: в этом небольшом городе создавались высокотехнологичные производства, а немалая часть населения относилась к научно-технической интеллигенции.

Ходовая часть.

У нас были все шансы стать одной из первых стран, создающих и эксплуатирующих маглевы. В 1986-м у нас началось возведение опытной линии длиной 3,2 км. Запуск в эксплуатацию советского маглева был запланировано на 1991 год. Сначала считалось, что вагоны будут перемещаться со скоростью 250 км/ч и перевозить по 64 человека. То есть 16 километров от Еревана до Абовяна маглев должен был пролетать примерно за четыре минуты. Но из-за доступной мощности тяговой электроподстанции, которая должна была питать линию электричеством, максимальную скорость пришлось снизить до 180 км/ч.

Увы, но все планы пошли прахом. Через два года после начала строительства линии, в 1988 году произошло Спитакское землетрясение. За полминуты с лица земли был стёрт город Спитак и десятки деревень, под завалами в течение нескольких дней погибло не менее 25 тыс. человек, многие промышленные предприятия лежали в руинах. На восстановление Армении были брошены силы всей страны. Кроме того, в 1987-89-м годах стремительно раскручивался маховик Нагорно-Карабахского конфликта. Какой уж тут маглев… А в 1991-м не стало и СССР.

Но удивительное дело — ТП-05 умудрился пережить 1990-е. Он до сих пор стоит в том же цехе, где его собрали. Его не растащили по частям, не распилили на цветмет. Говорят, так и стоит под полиэтиленовой плёнкой, немного подреставрировать — и хоть сейчас в музей транспорта.

Наша страна одной из первых построила самые быстрые в мире поезда на магнитной подушке. А сейчас у отечественных учёных есть маглев-технология, которой могут позавидовать в Шанхае и Токио. Когда мы сможем объехать всю Россию за 14 часов?

Коллаж © LIFE Фото © LIFE / Стас Вазовски © Shutterstock

Фото © LIFE / Стас Вазовски

Выглядит величественно, верно? Этот потерпевший крушение космический корабль — советский поезд маглев. Магнитолевитационный. То есть поезд, который не едет, а летит, не касаясь путей. Это не макет, не бутафория. Он настоящий. Он ездил.

А вот, кстати, ещё, не припоминаете? Короткометражка 1987 года из цикла "Этот фантастический мир". Была такая телепрограмма, вёл её космонавт Георгий Гречко. Это 12-й выпуск под названием "С роботами не шутят" по рассказу "Судебный процесс" шведского писателя Фредерика Чиландера. Человек с цветами — Авангард Леонтьев, а перекрашенный специально для фильма вагон с надписью Fire-ball и есть тот шаг в будущее, который не произошёл.

В реальности на нём написано ТП-05. Поскольку это была разработка института ВНИИПИ Транспрогресс, позволим себе предположить, что ТП — это от слов "транспорт" и "прогресс". Его специалисты трудились над технологией маглева ещё с 70-х. Испытания этого вагона начались в 1986-м. Он был не просто демонстрационным.

Фото © LIFE / Стас Вазовски

Вагон строился, чтобы показать, как это будет работать, как будет перевозить пассажиров на проекте Ереван — Севан — Абовян. Но случилось землетрясение в Спитаке, и закончилось финансирование. Хотя мы уже начали строительство, уже первые сваи там забили

Главный конструктор по транспорту на магнитном подвесе инженерно-научного центра "Тэмп", доктор электротехники

Главный конструктор магнитолевитационного вагона ТП-05 Андрей Галенко (справа). Фото © LIFE / Стас Вазовски

Ещё один вариант советского летающего поезда создавали для маршрута Алма-Ата — Медео.

Но руководство в конце концов сказало: ну, это всё хорошо, ребята, но мы будем строить метро

Был и проект маглева Москва — Шереметьево. Но это было в 1992 году.

Проект был закрыт из-за отсутствия финансирования. 1992 год. Каждый выживал как мог. Всё разрушили, что могли

Надо сказать, что после распада СССР отечественные маглев-технологии продолжали и продолжают развивать. Кстати, вы знали, что московский монорельс, который столичное правительство на днях предложило закрыть, тоже, по сути, магнитолевитационный транспорт? Под вагонами состава и на путевой структуре есть магниты, именно они и удерживают состав на своём месте. Этот транспорт, которым Москва когда-то гордилась, разрабатывали те же люди, которые создавали советский маглев.

Юра, мы ещё не всё! Россия могла строить многоразовые ракеты раньше Илона Маска

Как устроен маглев

Вспомните "фокус" из школьной программы: если повернуть магниты друг к другу разными полюсами, они притягиваются, одинаковыми — отталкиваются. Вот этим и ещё некоторыми вещами из школьного курса физики и решили воспользоваться для создания прогрессивного транспорта. Под вагоном закрепили электромагниты. Разработчики называют это магнитной лыжей.

Магниты под днищем советского маглева ТП-05. Фото © LIFE / Стас Вазовски

Что это нам даёт

Маглев способен обеспечить передвижение на скорости до 600 километров в час. Если подумать, трасса Санкт-Петербург — Петрозаводск — Ханты-Мансийск — Челябинск — Владивосток длиной более 12 тысяч километров могла бы преодолеваться за 14 часов

Заместитель генерального директора НИИ электрофизической аппаратуры по термоядерным и магнитным технологиям

В городе магнитолевитационную трассу можно строить буквально в двух метрах от стеклянной поверхности любого здания. Нет вибрации, нет шума, только рассекаемый воздух

Звёздные войны, новая эра. В России возродят советский боевой космолёт

Маглев в других странах

Шанхай. Поезд курсирует между аэропортом и метро. Пролетает 30 километров за 10 минут. Именно пролетает. Билет — 40 юаней, что в переводе 355 рублей. Как просветили создатели советского маглева, это адаптированная китайская версия немецкой системы "Трансрапид", разработанной в 60–70-е годы.

Сеул, Южная Корея. Неторопливый маглев, всего 110 километров в час. А больше и не надо — линия всего шесть километров. Внутригородская.

В Японии маглев тестируют. Между Токио и Нагоей. Их разделяет примерно 440 километров. На машине ехать больше шести часов. А на новом поезде обещают всего час.

Но этот поезд летит по немного другой системе. Магниты на борту сделаны из материалов, которые держат при температуре жидкого азота. Это примерно минус 200 по Цельсию. Поэтому в таком лютом морозе ток через них проходит беспрепятственно. Это называется сверхпроводимостью: вещество приобретает сверхспособность проводить ток, ему нужно сравнительно мало электричества, чтобы создать мощное магнитное поле. Такая особенность имеется, например, у свинца, алюминия, олова и некоторых других металлов.

Фото © LIFE / Стас Вазовски

Это явление известно как "эффект Мейснера". Правда, сам профессор Мюнхенского университета Вальтер Фриц Мейснер величал его более возвышенно: "гроб Магомета". Дело в том, что в священной книге мусульман описано, как после смерти пророка Мохаммеда гроб с его телом висел в воздухе без всякой поддержки. Учёный не был религиозен, просто начитан.

Берётся сверхпроводник, в данном случае квадратная пластина из подходящего сплава. Заливается жидким азотом. Только, пожалуйста, без самодеятельности, все эксперименты под присмотром опытных людей. А теперь попробуем сверху положить магнитик. Ну как? Кажется, произошло чудо.

Фото © LIFE / Стас Вазовски

В принципе, поезд можно сделать на таком эффекте, только нужно, наоборот, из магнита сделать дорогу, а внутри поезда разместить сверхпроводник, потому что дорогу мы не можем охлаждать, то есть у нас будет внутри поезда сверхпроводник, охлаждаемый жидким азотом, а полотно дороги сделано из магнитов, вдоль которых может левитировать состав

Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Направление проектной работы: физика.

Тема работы:

обучающиеся 2 курса

Иванова Светлана Александровна

1. Изучение теории.

1.1. Изучить историю открытия явления электромагнитной индукции.

1.2. Изучить теорию, на которой базируется явление электромагнитной индукции.

1.3. Анализ полученной информации.

2. Практическая часть.

2.1 Сбор подручного материала.

2.2 Конструирование и демонстрация модели №1

2.3 Конструирование и демонстрация модели №2

2.4 Конструирование и демонстрация модели №3

2.5 Конструирование и демонстрация модели №4

2.6 Конструирование и демонстрация модели №5

4. Список методической литературы и интернет ресурсов.

Введение

Физика – это не только научные книги и сложные законы, не только огромные лаборатории.

Физика – это еще интересные эксперименты и занимательные опыты, забавные игрушки-самоделки.

Самое главное, для физических опытов можно использовать любой подручный материал. Опыты развивают мышление, учат применять теоретические знания для объяснения различных физических явлений, происходящих в окружающем мире. При проведении опытов мы не только составляем план его осуществления, но и определяем способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки и даже конструировать нужные приборы для воспроизведения того или иного явления.

Поэтому было принято решение оформить проект по теме

1. Проанализировать методическую литературу и интернет ресурсы по рассматриваемому вопросу.

2. Определить наименования физических приборов, которые возможно сделать своими руками.

3. Разработать модели с наименьшими затратами и хорошим эстетическим видом.

4. Сконструировать модели.

5. Демонстрировать модели перед обучающимися, с объяснением принципа действия.

Актуальность выбора темы:

Модели созданные, своими руками - это поделки из подручного материала. Это увлечение, которое объединяет многих людей по всему миру. Кто - то создает полезные в хозяйстве вещи - мебель, декор, различные приспособления. Кто - то творит настоящие произведения искусства - миниатюрные композиции и просто красивые диковинки. Мы решили создать проект по изготовлению моделей, демонстрирующих явления электромагнитной индукции, которые радовали бы не только своей новизной, но и были полезными для изучения физики обучающимися.

Изучая методическую литературу и пространство Интернет, можно сделать вывод о том, что интерес к проблеме изготовления самодельных приборов не ослабевает, что некоторые из приборов можно изготовить самим, даже из подручных материалов.

Ожидаемые результаты:

Новые приборы, демонстрирующие явления электромагнитной индукции;

за время изготовления приборов наша группа еще более сплотится;

законченная работа пробудит у нас стремление достичь большего;

изготовление приборов превратится в хобби.

Практическое значение работы:

Результатами работы могут воспользоваться обучающиеся и учителя физики в школах нашего района.

После того как в 1820 году Эрстед в своих опытах открыл возникновение магнитного поля вокруг проводника с током получив тем самым электромагнит

Физиков начала мучить мысль, а нельзя ли с помощью магнита получить электрический ток.

Над этой проблемой работал английский физик Майкл Фарадей. Он потратил 10 лет для нахождения способа получения тока из магнитного поля, экспериментируя с магнитами и катушками. Наконец, он открыл следующий эффект, если на проводник воздействовать сильным магнитным полем, то в нём возникает электрический ток.

Если мы подсоединим проводник к миллиамперметру, то увидим как стрелка миллиамперметра еле заметно колеблется эффект момент когда магнит движется. Чем быстрее движется магнит, тем больший ток создается. Этот эффект был назван электромагнитной индукцией. Именно на основе этого простого эффекта сейчас вырабатывается более 90 % всей электрической энергии на нашей планете.

Мы взяли катушку, магнит и на практике увидели, какие факторы влияют на выработку электрического тока с помощью электромагнитной индукции.

Мы увидели первый параметр, который влияет на выработку электрического тока это количество витков. Чем больше витков, тем большее напряжение мы можем получить. Есть оговорка, получаемый ток является переменным, стрелка от ноля отклоняется в разные стороны, тем самым прибор показывает, что направление в цепи меняется. Второй параметр это скорость передвижения магнита. Точнее скорость изменения магнитного поля. Третий параметр это толщина провода, который намотан на катушку, то есть площадь поперечного сечения.

До сих пор не решена загадка движения униполярного двигателя Фарадея. Дело в том, что изобретенный им двигатель вращается вопреки физическим законам. Ученые не могут пока преодолеть парадокс движущей силы в его двигателе, в котором функционирует вращающийся магнит-ротор.

Любой человек, знакомый с элементами электротехники, знает, что обычные электродвигатели состоят из неподвижного статора и вращающегося ротора. В качестве статора используются два вида магнитов: постоянный или электромагнит (постоянный или переменный). Как правило, в моторах устанавливается переменный электромагнит. Вращение ротора происходит за счет притягивания и отталкивания его от статора, таким образом, ротору передается непрерывное движение.

Если ротор притягивается к статору, то и статор притягивается к ротору. Если ротор отталкивается от статора, то и статор отталкивается от ротора. На двигателе Фарадея отсутствует статор. Ротору в этом случае не от чего отталкиваться. В соответствии с известными законами физики двигатель не должен вращаться. А он вращается.

Униполярный двигатель впервые был продемонстрирован Майклом Фарадеем в 1821 году в Королевском институте в Лондоне.

Мы решили сконструировать несколько моделей двигателей на неодимовых магнитах. На обычных магнитах такой двигатель не работает.

2. Практическая часть.

2.1 Сбор подручного материала.

2.2 Конструирование модели №1: электромагнитные крутилки.

Используемые материалы:

- моток медной проволоки

- 3 неодимовых магнита

ножницы, канцелярский нож, плоскогубцы.

Последовательность изготовления:

К батарейки прикрепляем 3 магнита с одной стороны.

Изготавливаем рамку любой формы.

Помещаем рамку на батарейку.

Принцип действия:

Это однополярный электромагнитный моторчик. Главное условие - мотор работает только при контакте провода с плюсом и магнитом, рамка может быть абсолютно любой формы. Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором. В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Рамка может раскручиваться до очень высокой скорости.

2.3 Конструирование модели №2: электромагнитный двигатель

Используемые материалы:

- моток медной проволоки

- 2 скрепки или булавки

- 4 неодимовых магнита

канцелярский нож, плоскогубцы.

Последовательность изготовления :

Намотать медный провод на батарейку и сделать мини катушку.

Из скрепок сделать петельки.

Прикрепить к батарейке магнитами 2 скрепки с разных сторон.

Батарейку разместить горизонтально, чтобы петельки были вверху.

Сверху на батарейку поместить магнит.

Всю конструкцию прикрепить на пластилин.

В петельки вставить рамку-катушку

Принцип действия прибора:

В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Давайте выясним, как именно работает наш простейший электродвигатель. Когда по проводу любой катушки течет электрический ток, катушка становится электромагнитом. Электромагнит действует как обычный магнит. Он имеет северный и южный полюс и может притягивать и отталкивать другие магниты. Наша катушка становится электромагнитом тогда, когда выступающего провода катушки касается неизолированного держателя. В этот момент по катушке начинает течь ток, у катушки возникает северный полюс, который притягивается к южному полюсу постоянного магнита, и южный полюс, который отталкивается от южного полюса постоянного магнита. Катушка начинает крутиться.

2.4 Конструирование модели №3: простейший электромагнитный униполярный двигатель

Используемые материалы:

- 2 неодимовых магнитов

Последовательность изготовления:

Изолентой присоединить один конец провода к батарейке.

Собрать двигатель. К двум неодимовым магнитам присоединяем шуруп, затем батарейку.

Принцип действия прибора:
Установили магнит на подвес, южный полюс вверху, северный полюс внизу, подали постоянный ток на обмотку. Между центром сверху минус, а со стороны экватора магнита плюс, в момент искрения униполярный мотор начинает вращаться против часовой стрелки.

Заметили вот, что: неподвижный контакт нужно наклонять под углом к экватору так, чтобы он под действием тока притягивался к экватору постоянного магнита, тогда движок сразу работает. Угол наклона с контактом в ту же сторону, в какую вращается движок, если неподвижный контакт наклонить под противоположным углом в противоположном направлении, то неподвижный контакт будет отталкиваться от магнита, движок стоит на месте и не работает. Это говорит о том, что между неподвижным контактом и магнитом возникает точка опоры с возникающей силой Ампера, за счёт, которой движок начинает вращаться.

2.5 Конструирование модели №4: электромагнит

Используемые материалы:

- моток медной проволоки

- болт или гвоздь

медный провод, батарейка, изолента, канцелярский нож, отвертка или болт.

Последовательность изготовления:

Намотать медный провод на отвертку

Прикрепить батарейку к отвёртке и подсоединить два конца провода к плюсу и минусу батарейки

Принцип действия прибора:

Электромагнит готов эта нехитрая конструкция создаёт магнитное поле, если на проводник подать электрический ток. Отвертка начинает магнитить металлические предметы.

Электромагнит можно сделать и из болта или шила.

Вместо батарейки можно использовать зарядку от телефона .

2.6 Конструирование модели №5: электромагнитный поезд в домашних условиях.

Используемые материалы:

- моток медной проволоки

- 6 неодимовых магнитов

ножницы, канцелярский нож, плоскогубцы.

Последовательность изготовления:

Из медного провода сделать спираль длиной 70 см, диаметром 1,4 см.

Диаметр должен быть таким, чтобы батарейка свободно скользила по спирали. Немного графитового порошка будет действовать в качестве смазки.

Один неодимовый магнит устанавливаем на минусовой, другой на плюсовой вывод батарейки.

Вставляем изолирующую латунную шайбу на плюсовой вывод батарейки.

Модель готова. Осталось вставить поезд в спираль, и он начнёт движения.

Принцип действия прибора:

Наша конструкция работает так: Поезд представляет собой вариант униполярного двигателя. Неодимовые магниты играют роль контакта в батарейки, подключая её к оголённым виткам катушки из медного провода без изоляции. Протекающий в катушки ток создаёт магнитное поле, которое производит магнитодвижущею силу, которая и толкает один магнит и притягивает другой. При изготовлении конструкции необходимо обращать внимание на направление намотки катушки левая или правая. И полярность установки магнитов южный полюс магнита присоединяется к плюсу батарейки, а к минусу присоединяется северный полюс второго магнита. Если ваша намотка не будет соответствовать рекомендуемой, вы просто переверните магнит.

3. Заключение:

Мы считаем, что цели, поставленные в проекте, достигнуты. Проанализировано источники литературы, благодаря которым мы дали обоснование конструирования, изготовления и применения самодельного оборудования в учебном процессе по физике.

В ходе своей работы мы сделали следующие выводы:

1. Изготовление своими руками, пусть даже несложных моделей, очень интересно и полезно.

2. Самодельные физические приборы увеличивают спектр демонстраций физических явлений.

3. При изготовлении самодельных приборов мы совершенствовали навыки работы с простейшим инструментом, научились оценивать результаты своей работы. Кроме того, изготовление самодельных приборов побудило нас к самостоятельному получению знаний за счет более глубокого изучения принципа действия приборов.

4. В перспективе – изготовление самодельных приборов по другим темам, развитие мастерской по изготовлению приборов в кабинете физики; публикация результатов работы в материалах научно-практической конференции.

Читайте также: