تولید انرژی الکتریکی بواسطه فلایویل، دستاورد برتر دبستان مهرورز

دوازدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.

در این دوره از جشنواره تعداد 126  گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های برتر برگزیده و معرفی شدند.

بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.

مقطع: دبستان

موضوع: تولید انرژی الکتریکی بواسطه فلایویل

نام مدرسه: مهرورز

نام استاد: خانم فاطمه بیات

دانش آموزان: ترانه اسمعیل زاده، امی تیس معراجی، مهدیس الحسینی

مقدمه:

موضوعی که برای پژوهش پیش روی ماست به شاخه ای از علم مربوط می شود که فیزیک نام دارد.  فیزیک از واژه یونانی physikos به معنی «طبیعی» و physis به معنی «طبیعت» گرفته شده است. پس فیزیک علم طبیعت است به عبارتی در عرصه علم، پدیده های طبیعی را بررسی می كند. علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده و نیرو را مطالعه می كند. مفاهیم بنیادی پدیده های طبیعی تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می شوند. این قوانین به توسط علوم ریاضی فرمول بندی می شوند به طوریكه قوانین فیزیک و روابط ریاضی با هم در توافق بوده و مكمل هم هستند و دو تایی قادرند كلیه پدیده های فیزیكی را توصیف نمایند. فیزیک، دینامیك و ساختار درونی اتم ها را توصیف می كند. و از آنجا كه همه مواد شامل اتم هستند، پس هر علمی كه در ارتباط با ماده باشد، با فیزیک نیز مرتبط خواهد بود. علومی نظیر: شیمی، زیست شناسی، زمین شناسی، پزشكی، دندانپزشكی، داروسازی، دامپزشكی، فیزیولوژی، رادیولوژی، مهندسی مكانیك، برق، الكترونیك، مهندسی معدن، معماری، كشاورزی و ...

هر فرد بزرگ یا كوچك، درس خوانده یا بی سواد، شاغل یا بیكار خواه ناخواه با فیزیک زندگی می كند. عمل دیدن و شنیدن، عكس العمل در برابراتفاقات، حفظ تعادل در راه رفتن و... نمونه هایی از امور عادی ولی در عین حال وابسته به فیزیک می باشند. پدیده های جالب طبیعی نظیر رنگین كمان، سراب، رعد و برق، گرفتگی ماه و خورشید و... همه با فیزیک توجیه می شوند.می توان تصور كرد كه اگر فیزیک نبود و اگر روزی قوانین فیزیک بر جهان حاكم نباشند، زندگی و ارتباطات مردم شدیدا دچار مشكل می شود. اینكه ابزار كار هر شغلی و هر علمی مبتنی براستفاده از قوانین و مواد فیزیكی است، نقش اساسی فیزیک درسایر علوم و رشته ها را نمایان می كند. علاوه برآن استفاده روزافزون از اشعه لیزر در جراحی ها و دندانپزشكی، رادیوگرافی با اشعه ایكس در رادیولوژی، جوشكاری صنعتی و... نمونه هایی از كاربردهای بیشمار فیزیک در علوم دیگرمی باشند.

یکی از این کاربردهای علمی مربوط به مبحث تبدیل انرژیها ست که یکی از ضروریات زندگی امروز است. فیزیک انرژی را به صورت توانایی انجام کار تعریف می‌کنند. تا به امروز گونه‌های متفاوتی از انرژی شناخته شده که با توجه به نحوه آزادسازی و تأثیر گذاری به دسته‌های متفاوتی طبقه‌بندی می‌شوند از آن جمله می‌توان انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل، انرژی گرمایی، انرژی الکترومغناطیسی، انرژی شیمیایی و انرژی الکتریکی و انرژی هسته‌ای را نام برد.

نکته ای که در مورد تبدیل انرژی ها بسیار اهمیت دارد و موضوع طرح پژوهشی حاضر نیز به آن مربوط می شود، تبدیل انرژی حرکتی به انرژی الکتریکی است. در نگاه اول پس از مطالعه تبدیل انرژی ها به یکدیگر، گروه پژوهشی ایده تولید انرژی دائمی (ماشین حرکت دائم) را در دستور کار قرارداد تا تولید انرژی الکتریکی دائمی از طریق انرژی حرکتی انجام گیرد. پس از مطالعه دقیق تر، مشخص شد که ماشین حرکت دائم به دلیل وجود نیروی اصطکاک نمی تواند در واقعیت عملی شود. بنابراین تصمیم گرفته شد تا انرژی جنبشی از طریق وسیله ای مکانیکی به شکل پایدارتر ذخیره شود. به این ترتیب وسیله ای به نام فلایویل مورد مطالعه قرار گرفت. از سوی دیگر وسیله ای به نام ژنراتور مورد بررسی قرار گرفت که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. به این ترتیب موضوعات این طرح پژوهشی پیرامون زمینه هایی مانند: آهنرباها، میدان مغناطیسی و بار الکتریکی، نحوه ایجاد بار الکتریکی در ژنراتورها، نقش چرخ لنگر در ذخیره سازی انرژی بررسی گردید.

ضرورت انجام طرح:

درک مسأله، شناخت ضرورت ها و آگاهی از محدودیت های هر طرح، قبل از انجام کار باعث می شود که به پیش بینی اهداف آن کمک کند و ابتدا با ساخت فرضیه علمی صورت می گیرد. به عبارت ساده می توان جمله فرضیه این طرح را به صورت زیر در نظر گرفت:

انرژی ماهیچه ای انسان می تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود به صورتی که انرژی بدست آمده پایدار است و قابلیت ذخیره سازی و اندازه گیری دارد.

با توجه به این که طرح ابتدا باید ضرورت آن را نشان دهد، موارد زیر به عنوان نیازهای محوری طرح در نظر گرفته می شوند:

• نیاز به ذخیره سازی انرژی با هزینه کمتر و پایدارتر

• استفاده  از انرژی پاک تولید شده توسط انسان

• تبدیل انرژی جنبشی به انرژی الکتریکی

اهداف طرح :

اهداف طرح با توجه به نیازها شکل می گیرند. به این ترتیب، اهداف مورد نظر ما  از "طراحی و ساخت یک وسیله قابل حمل و سیار" به طور خلاصه عبارتند از:

• تولید مقداری الکتریسیته در مقیاس قابل حمل با استفاده از نیروی انسانی

• کسب تجربه ساخت یک وسیله ساده الکترومکانیکی جهت درک بهتر چگونگی تبدیل انرژی ها به یکدیگر

• درک چگونگی کارکرد فلایویل (چرخ لنگر) در پایدارتر کردن حرکت و ذخیره انرژی مکانیکی

روش تحقیق:

انواع روش های مورد استفاده در این پژوهش به دو دسته کتابخانه ای و میدانی تقسیم می شوند. در روش تحقیق کتابخانه ای از اینترنت، مقالات، مجلات و کتابهای مرتبط با موضوع تحقیق استفاده شده و در روش میدانی از آزمایش، طراحی و نمونه سازی، برای بدست آوردن نتایج علمی بهره گرفته شده است.

برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: نگار تجملیان

تنظیم: نسرین صادقی