Презентация к научно-исследовательской работе «Исследование колебаний диэлектрика в постоянном электрическом поле». (физика,11 класс, научно-исследовательская работа)

Исследование колебания диэлектрика в постоянном электрическом поле

МОУ «Луховский лицей»

Выполнил: ученик 11 класса – Халиков Кирилл

Руководители: профессор доктор физико-математических наук Денисов Борис Николаевич и учитель физики высшей категории МОУ «Луховский лицей»
Смирнова Светлана Георгиевна

Саранск 2014

Гипотеза нашей работы

Возможность резкого повышения мощности электростатического двигателя

Цели нашей работы

Исследование движения в электростатических полях.
Изучение и усовершенствование электростатического двигателя, который питается от конденсатора.

Задача нашей работы

Провести исследование колебательного и вращательного движения тел в электростатическом поле

Периодические колебания, вращательное движение в электрических полях широко используется в технике. Это и всевозможные станки, машины, использующие аккумуляторы. В последние годы ведутся большие работы по созданию машин с электрическими двигателями

Для решения таких задач необходимо создать эффективный аккумулятор. Кроме электрических двигателей, существуют двигатели, работающие от конденсаторов. Такие двигатели пока не находят широкое применение ввиду их малой мощности.

В то же время к настоящему времени разработаны конденсаторы огромной ёмкости – ионисторы. Ионистор - это энергонакопительный конденсатор, заряд в котором накапливается на границе раздела двух сред - электрода и электролита (в двойном электрическом слое). Ионисторы уже успешно заменяют аккумуляторы в электромобилях (Ё-мобили).

Нами проведено исследование колебательного и вращательного движения тел в электростатическом поле. Колебательная система представляет собой два неподвижных металлических электрода, между которыми располагалается изолированная от них легкая бумажная пластина рис 1

Рисунок 1

При отклонении пластины к одному из электродов, она начинает притягиваться к ближайшему электроду за счет зарядов электрода и индуцированных зарядов противоположных знаков на пластине. При приближении пластины к электроду происходит пробой, и пластина заряжается зарядом, соответствующим знаку электрода.

Одноименные заряды отталкиваются, и пластина начинает движение в сторону другого электрода. Далее процесс повторяется. Обратная связь с источником энергии, в нашем случае, осуществляется за счет пробоя в воздухе при приближении пластины к электроду на расстояние, при котором происходит пробой в воздухе.

Нами была построена приближенная модель такого колебательного процесса и определен период колебания системы. Обозначим расстояние между неподвижными пластинами d. U–напряжение, приложенное между пластинами. Полагая подвижную пластину не упругой, запишем второй закон Ньютона для центра масс пластины:

Формулы

1.ma=F=Eq- второй закон Ньютона для центра масс пластин
2. -путь пройденный между двумя электродами
3 -период колебания пластины

4 -Полученное соотношение может быть использовано для определения отношения массы к заряду.

Измерения показали

При m=0.1г, q=8.8 пКл
T=1.2c
L=4см=0.04м
U=25кВ
m/q=11250000

Таким образом, проведенное исследование позволяет предложить способ измерения электроемкости тел произвольной формы и измерять величину заряда тела.

Нами был изготовлен электростатический двигатель, который может питаться от конденсатора. Такие двигатели давно известны и они используются, например, при изготовлении малошумных вентиляторов. Рис 2

Рисунок 2

Заряд стекает с неподвижных электродов за счет пробоя в воздухе, электроды ротора отталкиваются от статора и ротор начинает вращаться. Большим достоинством такого двигателя является отсутствие щеток, что резко снижает трение и повышает КПД и ресурс двигателя.

Главный недостаток такого двигателя является малый вращающий момент. Повысить его можно за счет увеличения заряда на пластинах ротора и статора. Это приведет к резкому увеличению силы притяжения и отталкивания между пластинами ротора и статора, а, следовательно, к увеличению вращательного момента.

Видео 1

MVI_1458.MOV

Видео 2

MVI_1463.MOV

В ходе проведённых исследований нами получены следующие результаты

Способ измерения заряда тел
Способ измерения емкости тел
Предложен способ увеличения вращательного момента электростатического двигателя