Таинственный маятник на солнечной батареи. Схема

Этот солнечный маятник, работающий от энергии солнца, не требует батарей или какого-либо внешнего источника питания. Итак, как же солнечная энергия заставляет маятник качаться без видимых причин? Ваша семья и друзья будут гадать, пока вы не раскроете секрет электромагнитной катушки и схемы, спрятанной в основании устройства.

Когда на солнечный элемент попадает свет от солнца или любого другого яркого источника света, маятник чудным образом начинает раскачиваться. Каждый раз, когда маятник проходит через нижнюю точку своего движения, скрытая катушка в основании слегка подталкивает маятник, используя накопленную электроэнергию, генерируемую солнечным элементом.

Невидимые толчки удерживают маятник в постоянном движении, пока есть достаточно света. Солнечный маятник — это одновременно забава и инструмент для обучения. Это устройство также может быть отличным школьным научным проектом, демонстрирующий принцип использования солнечной энергии и электромагнитного поля.

Закон Ампера следует, что когда через провод проходит ток, вокруг него создается магнитное поле. Когда такой провод намотан на катушку, эти силовые линии магнитного поля накладываются, увеличивая силу поля. Сила магнитного поля в катушке пропорциональна току, протекающему по ней и количеству витков этой катушки.

описание работы магнитного маятника

Держатель для платы
Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см...
Подробнее

Катушка под напряжением ведет себя как постоянный магнит, одна сторона которой имеет северный полюс, а другая — южный. Когда два магнитных поля взаимодействуют между собой противоположными полюсами, то происходит притяжение. Если же полюса одинаковые, то происходит отталкивание.

Если одно поле остается неподвижным, а другое перемещается над ним, то эти силы притяжения и отталкивания могут быть использованы для создания движения. Этот фундаментальный принцип лежит в основе многих промышленных механизмах, включая шаговые двигатели, серводвигатели, двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и генераторы с постоянными магнитами.

Как работает  маятник

Когда свет попадает на солнечный элемент, он генерирует постоянное напряжение, которое начинает заряжать два электролитических конденсатора: C1 и C2. Если маятник еще не качается, схема активирует стартовый режим, который пытается запустить маятник в движение. В этом режиме оба электролитических конденсатора продолжают заряжаться, пока напряжение на C2 не достигнет примерно 0,8 вольт. В этот момент открывается NPN-транзистор VT2 (2N4401) который, в свою очередь, открывает PNP-транзистор VT1 (2N4403).схема маятника

Когда открывается транзистор VT1, он сбрасывает в катушку всю мощность, накопленную в конденсаторе C1. Ток, протекающий через катушку, на короткое время создает вокруг нее магнитное поле из-за быстрого разряда конденсатора C1. Затем, когда ток сходит на нет, оба транзистора закрываются и магнитное поле исчезает, создавая всплеск отрицательного напряжения, который вызывает мигание светодиода HL1.

Кратковременное магнитное поле, создаваемое вокруг катушки, заставляет магнит, прикрепленный к маятнику, подпрыгнуть. Стартовый режим повториться снова, если маятник не начнет раскачиваться сразу. В итоге скачок магнита должен привести к раскачиванию маятника, даже если сначала это будет всего лишь небольшое колебание. Конечно, если вы нетерпеливы, вы всегда можете подтолкнуть маятник вручную. Как только маятник раскачается, схема будет поддерживать постоянное движение маятника.

Следует отметить, что из-за диода VD1 конденсатор C2 не разряжается в катушку как C1. Когда магнит маятника проходит над катушкой, он индуцирует в катушке ток, который вызывает включение транзистора VT2 через резистор R2. Когда VT2 включается, происходит та же последовательность событий, что и при старте.

Однако в этом режиме магнитное поле вокруг катушки дает маятнику дополнительный импульс, который в конечном итоге поддерживает непрерывное движение. Этот импульс похож на то, как родитель толкает ребенка на качелях. Без дополнительных толчков колебание в конечном итоге замедлиться до полной остановки. Пока солнечный элемент может заряжать конденсатор C1 (даже если это только частичный заряд), маятник будет получать этот невидимый толчок при каждом проходе над катушкой.

Солнечный элемент для этого проекта должен выдавать не менее 4,0 В при токе короткого замыкания 20 мА. Маятник должен иметь небольшой неодимовый магнит. Зазор между магнитом и катушкой должен быть в пределах 3…6 мм. Катушка имеет диаметр примерно 40 мм и высоту 15 мм. Обмотка произведена медным эмалированным проводом диаметром 0,18 мм около 900 витков (примерно 45 метров). Общее сопротивление катушки составляет примерно 30 Ом.

================================

P.S.

Конструкция на практике

Схема адаптирована для работы от внешнего источника питания (батареек). Печатная плата, магнитная катушка и батарея находятся в деревянной коробке. Неодимовый магнит помещен в основание маятника и удерживается на месте с помощью небольшого винта с плоской головкой в ​​нижней части маятника. Магнит имеет диаметр примерно 2,5 см и толщину 0,3 см. Зазор между магнитом и поверхностью коробки 3 мм. Можно использовать неодимовые магниты меньшего размера.

Катушка диаметром около 40 мм и высоту 16 мм. Обмотка — 45 метров эмалированного медного провода диаметром 0,18 мм (примерно 900 витков). Индуктивность катушки получилась около 3,5 мГн и сопротивление 30 Ом. Высота опор составляет примерно 25 см, расположенных на расстоянии 20 см друг от друга. Все это обеспечивает период колебания маятника около 1 секунды.

При подаче питания движение маятника может начаться с неподвижного состояния, но можно и немного подтолкнуть его. Для того чтобы схема маятника могла работать от двух батареек типа АА, было уменьшено сопротивление резистора R2 до 56 кОм и добавлен резистор сопротивлением 330 Ом последовательно с батареей для имитации более высокого импеданса солнечного элемента.

Добавить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*