توربین بادی مولد جریان تناوبی

دهمین دوره از پروژه های دانش‌آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پرشور شما دوستان و علاقه‌مندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی"پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه‌ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقه‌مند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: توربین بادی مولد جریان تناوبی
نام ارائه‌دهنده/دهندگان: اسما عباداتی
زمینه و نوع پروژه: فیزیک
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: نمونه دولتی مکتب الاحرار

انرژِی تجدید پذیر یا انرژی برگشت پذیر، به انواعی از انرژی می گویند که قابلیت بازگشت مجدد را به طبیعت دارند. در سال های اخیر با توجه به این که منابع انرژی تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند، این منابع مورد توجه قرار گرفته‌اند. انرژی بادی، انرژی خورشیدی از این نوع هستند و به سرعت در حال گسترش هستند. با توجه به نیاز جهان و کشور به انرژی باد، ایده ای برای ساخت توربین بادی که از انرژی تجدیدپذیر باد استفاده می کند، مطرح شده است.

توربین بادی به توربینی گفته می شود که برای تبدیل انرژی جنبشی باد به انرژی مکانیکی و انرژی الکتریکی به کار می رود. توربین های بادی در دو نوع با محور افقی و با محور عمودی ساخته می شوند. اولین استفاده ها از انرژی باد به استفاده در توربین های چرخان مربوط به آسیاب های بادی بر می گردد.

توربین بادی مولد جریان متناوب که پیشنهاد می شود ساخته شود، از نوع توربین با محور عمودی است. در توربین های بادی با محور عمودی، پره های اصلی به صورت عمودی قرار می گیرد. مهم‌ترین برتری این نوع از توربین های بادی آن است که نیازی به تنظیم جهت قرارگیری نسبت به جهت وزش باد ندارند. این نکته در مکان هایی که جهت وزش باد خیلی متغیر است، مثلاً در بالای ساختمان های مسکونی، یک امتیاز به شمار می رود. مهم‌ترین عیب این نوع توربین ها، کم بودن سرعت دورانی آن ها و بازده کمرتوربین نسبت به محور افقی می باشد.

 
شکل بالا شماتیک توربین بادی را نشان می دهد. اساس کار به این صورت است که با اعمال نیروی باد و چرخش پره ها، آهنرباهای متصل به انتهای سازه می چرخند.

در زیر سازه چهار سیم پیچ قرار می گیرند که در مجاورت آهنربا جریان تولید می کنند. در نهایت با چرخش پره ها جریان متناوبی خواهیم داشت که وجود آن را با لامپ ال ئی دی می توان مشاهده کرد.

به دلیل چرخش آهنرباها و قرار گرفتن آن ها کنار سیم پیچ، جریان مستقیم نیست بلکه تناوبی است و لامپ باید چشمک زنان روشن و خاموش شود.

در پژوهش حاضر دانش آموزان سعی در ساخت توربین های بادی مولد جریان تناوبی داشتند. توربین بادی مولد جریان متناوب وسیله‌ای که با استفاده از نیروی باد، تولید جریان الکتریکی می کند. اصول کار بدین صورت است که با چرخش پره های توربین به وسیله باد، آهنرباهایی که به انتهای توربین متصل هستند نیز می چرخند. آهنرباهای مورد استفاده نئودیمیوم هستند که با عبور از کنار سیم پیچ های مسی طبق فیزیک تولید القای مغناطیسی، جریان تولید می کنند. جریان تولید شده در سیم پیچ ها، متغیر است و ثابت نیست. با توجه به چیدمان سیم پیچ ها و آهنرباها که در زاویه 90 درجه قرار گرفتهاند، جریان کم و زیاد می شود. اگر لامپی متصل به سیم پیچ ها باشد، چشمک خواهد زد.

مراحل انجام کار
 ساخت پایه های چوبی برای نگه داشتن توربین
 ساخت توربین با استفاده از بطری پلاستیکی
 ساخت سیم پیچ برای تولید جریان
 نصب آهنرباها و کل سازه
 آزمایش اولیه
 
توربین عمودی با دو پره از جنس پلاستیک:
این توربین هنگامی که در معرض باد (سشوار، پنکه) قرار می گیرد به خوبی می چرخد.

مهارت های کسب شده

1. آشنایی با انواع جریان الکتریکی (مستقیم و متناوب)

2. تولید جریان با استفاده از سیم پیچ

3. شناخت انواع توربین ها

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: مهدی رحمانی

تنظیم: علی سرمدی