Самодельный анемометр

МОУ «Чепкас – Никольская основная общеобразовательная школа»
Проектная
работа.
на тему:
« Самодельный анемометр»
Работу выполнили
ученики 9 класса
Ильин Евгений и
Воробьев Михаил
Руководитель:
Исмагилов Ш.Ш.
с. Чепкас- Никольское- 2010г.
Цель работы:.
Изготовить и испытать прибор для измерения скорости ветра.
Содержание работы:
1.Ветер – источник энергии.
2. История создания анемометра.
3. Виды анемометров.
4. Этапы выполнения работы.
5.Испытание и измерение скорости ветра.
6. Выводы.
Всем нам знакомо такое природное явление- ветер. Причина его
возникновения тоже объяснима: из-за разности атмосферного давления в
разных точках Земли. Из той области, где давление больше ( а виной тому
главным образом разность температур в атмосфере) , воздух перемещается
туда, где давление меньше. Вы можете легко создать ветер сами. Надуйте
воздушный шарик. Внутри него давление стало большим, чем вокруг. Если
развязать шарик, то воздух устремится наружу, так появляется ветер. От того
как поведет себя ветер , порой зависит и человеческая жизнь. Самая большая
катастрофа по вине ветра произошла 1970 году , когда ураган погубил на
нескольких островах в дельте реки Ганг почти все население . Число
погибших- 1 млн. человек. Торнадо, цунами, тайфун, ураган, смерч – все это
название ветров, несущих людям разрушения и смерть. Скорость таких
ветров огромна: при урагане воздушная масса за каждую секунду
преодолевает 30 метровую дистанцию, а в центре вихря- скорость , как у
реактивного самолета. Крыши домов, деревья, животные, люди, окажись они
в зоне такого ветра , уносятся в воздух, как пушинки, и потом сбрасываются
с огромной высоты на землю. Зная суровый нрав разрушительных ветров,
люди давно стремились заранее предугадать их визиты. Еще в 900-м г. в
некоторых европейских странах на церквях и городских башнях появились
флюгеры- по которым можно сразу узнать, откуда дует ветер.
В 1667г. Роберт Хук изобрел прибор для измерения скорости ветраанемометр. Слово анемометр от греческого слова «авемос»- ветер, а «метео»измеряю.
В настоящее время извесны несколько видов анемометров:
1. чашечный
2. лопастной
3. тепловой
Самый простой- это чашечный анемометр, который состоит из чашечной
вертушки, укрепленной на оси, которая соединена с измерительным
механизмом.При возникновении воздушного потока, ветер толкает чашечки,
которые начинают крутиться вокруг оси.
Лопастной анемометр- дословный перевод- мельничный.
Тепловой анемометр- принцип действия основан на измерении перепада
температур на «вспомогательной стенке» . Величина температурного
перепада пропорциональна плотности теплового потока. Измерение
температурного перепада осуществляется с помощью ленточной термопары,
расположенной внутри пластинки зонда, выступающей в роли
«вспомогательной стенки».
Промышленность выпускает анемометры и для школьных кабинетов. Такие
приборы должны быть в кабинетах географии и физики. К сожалению в
нашей школе( и в ряде других школ района) этого прибора не оказалось.
Поэтому мы задались вопросом: нельзя ли изготовить этот прибор
собственными руками из доступных деталей. Полистав журналы, книги и
страницы Интернета, нашли несколько описании такого прибора.
Один из них самый простой, надежный, не требующий батареек, не
боящийся воды анемометр делается из:
- стандартного шарика для настольного тенниса;
-куска тонкой рыболовной лески длиной 25 см;
- дошечки 12х12 см с наклеенной шкалой.
Конечно – это примитивный прибор, имеет свои недостатки. Поэтому
изготовлением только такого анемометра не ограничились, а попробовали
изготовить более совершенный прибор. Назвали мы его пасхальный
анемометр, т.к. в качестве крутящихся чашечек использовали элемент от
сувенира- пасхального яйца. Конечно , более научно этот анемометр надо
назвать электронным, т.к. здесь используется процесс превращения энергии
ветра в электрический ток.
Принципиальная схема электронного анемометра выглядит так:
Прибор состоит из датчика скорости, выполненного на
микроэлектродвигателе, выпрямительного моста, регулятора
чувствительности датчика и устройства отображения информациимиллиамперметра.
Принцип действия прибора заключается в следующем. К валу
электродвигателя прикреплена небольшая чашечная вертушка. Под
действием потока воздуха он приводится во вращение. При этом в обмотке
электродвигателя возникает электрический ток. Величина его фиксируется
миллиамперметром .Посколько частота вращения воздушного винта зависит
от скорости ветра, а величина тока, протекающего в измерительной цепи
прибора, от частоты вращения ротора электродвигателя, то показания
миллиамперметра можно перевести из электрических величин в величины
скоростей воздушного потока( м/с). Диодный мост выполняет в устройстве
две функции. Во-первых, он позволяет в качестве датчика электродвигатели
как постоянного , так и переменного тока, а во-вторых, при использовании
двигателя постоянного тока отпадает необходимость фазировки его выводов
относительно полюсов наконечников миллиамперметра.
Здесь в качестве диодов использовали Д 9 с любыми буквенными
индексами, подстроечный резистор типа СПЗ-1 сопротивлением 1-3 кОм,
электродвигатель – любой микродвигатель постоянного или переменного
тока, рассчитанный на рабочее напряжение 3-10 В (от детских игрушек),
миллиамперметр постоянного тока с диапазоном измерения 0-1 мА. После
подготовки всех деталей и их сборки, провели испытание прибора в
лабораторных условиях, т.е в кабинете физики. При помощи электрического
воздуходува создавали поток воздуха, а на пути его устанавливали
анемометра. Передвигая анемометр от источника ветра, замечали различные
показания миллиамперметра. Это значит, что наш прибор работает. Осталось
отградуировать шкалу миллиамперметра. Для этого наш прибор в
безветренную погоду продували на движущемся автомобиле.
Сначала установили верхнюю границу измеряемых скоростей; она у нас
соответствует 20 м/с, т.е. скорость автомашины должна быть 72км/ч ,
которую определяли по спидометру авто. За рулем автомашины был учитель
физики, который следил за дорогой и показанием спидометра, а мы за
показанием миллиамперметра. При скорости 72 км/ч – вращая подстроечный
резистор, добивались того, чтобы стрелка миллиамперметра находилась
напротив крайнего правого деления шкалы. Затем, снижая скорость авто до
54,36,18км/ч – записывали соответствующие показания прибора. Затем
сделали на листе бумаги новую шкалу для миллиамперметра по нашим
измерениям, но уже в (м/с). Уже миллиамперметр будет показывать скорость
ветра. После проверки провели повторное испытание на движущемся
автомобиле и при этом показания анемометра совпадал с показанием
спидометра авто. Так наш прибор был готов к использованию.
На изготовление данного прибора требуется совсем недорогие детали(
диоды, миллиамперметр и электродвигатель от старой или ненужной
игрушки), т.е. материальные затраты минимальны. Если даже все
необходимые детали покупать в магазине, требуется рублей 200-300. А если
купить прибор заводского изготовления, то на это потребуется значительная
сумма денег( от 3500 до 5000 рублей). Значит наш прибор почти в 20 раз
дешевле заводского!!!
Этот прибор может выполнять и другие функции:
1. Можно использовать для проверки объема легких( кто сильнее дует, у
того и объем легких больше)
2. Для показа превращения кинетической энергии ветра в электрический
ток.
3. Как модель ветрогенератора.
У кого в школе нет анемометра, сделайте самостоятельно, у нас есть
литература и небольшой опыт, можем помочь в этом.
Литература:
1. Хорошавин С.А. Физико- техническое моделирование.
«Просвещение»1983г.
2. Шахмаев Н.М. Физический эксперимент в средней школе.
Просвещение.1991г.
3. Ланина И.Я. Не уроком единым. Просвещение 1991г.
4. Журнал « Юный техник» № 4,7,9 за 1998г.
Приложение к работе.
1. Таблица результатов измерения.
Скорость
18
36
автомобиля,
км/ч
54
72
Показание
0.1
миллиамперметра, мА
0.2
0.6
2. Общий вид изготовленного прибора.
1