На сегодняшний день всё чаще можно увидеть на автомагистралях и пробках необычный вид транспорта, а именно – электромобиль. Спрос на такую модную диковинку постоянно увеличивается. И это не удивительно, ведь на это есть масса причин.
Повышенный интерес к электромобилям обусловлен тем, что в связи с резким ухудшением мировой экологической обстановки и сокращением природных ресурсов-источников топлива для автомобилей все большую актуальность приобретает разработка экологически чистых транспортных средств, применяющих альтернативные источники энергии. Таким транспортным средством призван стать электромобиль.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
8.Достоинства и недостатки электромобиля………………………………………..………19
9. Электромобиль и экология………………………………………………...………………20
10.Опрос…………………………………………………………………………………….…23
11.Заключение………………………………………………………………………...………25
Вступление.
6 февраля в 23:45 (мск) с космодрома во Флориде (США) стартовала ракета-носитель Falcon Heavy. Это был тестовый полет. В ракете в специальной капсуле находился электромобиль Tesla. Ракета-носитель успешно вывела машину на гелиоцентрическую орбиту, и отправилась бороздить космические просторы. Когда я узнал об этом, то очень удивился, почему именно электромобиль? Это грамотный пиар ход или электромобилям пророчат великое будущее?
Актуальность: На сегодняшний день всё чаще можно увидеть на автомагистралях и пробках необычный вид транспорта, а именно – электромобиль. Спрос на такую модную диковинку постоянно увеличивается. И это не удивительно, ведь на это есть масса причин.
Повышенный интерес к электромобилям обусловлен тем, что в связи с резким ухудшением мировой экологической обстановки и сокращением природных ресурсов-источников топлива для автомобилей все большую актуальность приобретает разработка экологически чистых транспортных средств, применяющих альтернативные источники энергии. Таким транспортным средством призван стать электромобиль
Цель проекта: Выяснить, историю создания электромобиля, сформировать представление о его значении и месте в жизни людей.
Задачи:
- узнать историю создания этого вида транспорта;
- выяснить, все преимущества и недостатки электромобиля;
- подробно разобрать устройство электромобилей;
- провести опыты, которые наглядно покажут работу электромобиля.
Практическая значимость исследования: материалы моего исследования можно использовать на уроках физики, на классных часах, в акциях по экологии и т.д.
Гипотеза исследования: Сегодня СМИ кишат заголовками: «За электромобилями будущее», «Электромобили спасут экологию планеты» и так далее. Давайте разбираться, так ли это на самом деле.
Методы исследования:
1.Практические: проведение анкетирования, моделирования.
2.Исследовательские: анализ теоретического материала, анкет,
3.Поисковый: самостоятельная работа с Интернет-ресурсами по поиску и анализу собранной информации.
1.Что такое электромобиль.
Под понятием «электромобиль» мы имеем в виду такое транспортное средство, в котором крутящий момент на приводную ось создаёт электричество, получаемое традиционно от химического источника тока.
2.Начало зарождения электромобиля.
М ало кто знает, что первый электромобиль появился почти на полвека раньше, чем первый автомобиль с двс. Мало того, поначалу, на заре автомобилестроения электромобили были даже более распространены, чем бензиновые транспортные средства. Впрочем, это не так уж и удивительно, поскольку устройство электродвигателя намного проще, чем любого вида двигателей внутреннего сгорания.
Развитие автомобилей на электротяге началось с того, что Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Это явление заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.
Опыт Фарадея по исследованию ЭМИ.
1 . возникновение индукционного тока при вдвигании и выдвигании магнита (катушки с током);
Объяснение опыта: При внесении магнита в катушку, соединенную с милиамперметром в цепи возникает индукционный ток. При удалении так же возникает индукционный ток, но другого направления. Видно, что индукционный ток зависит от направления движения магнита, и каким полюсом он вносится. Сила тока зависит от скорости движения магнита.
3.История электромобилей: от истоков зарождения в 19-м до взлета и падения в 20-м веке.
Э тим опытом Майкл Фарадей озадачил всех инженеров и изобретателей, которые принялись искать, как же можно его применить на практике.
В 1834 году немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным движением якоря.
П ервые пробы создания экипажей, приводимых в движение электромоторами, начались в 1859 году имя первого изобретателя, точно никто не знает, но известно, что шотландец Роберт Андерсон, американец Томас Девенпорт и англичанин Роберт Девидсон приблизительно в один и тот же период времени представили миру свои электрические конструкции. Эти безлошадиные электрические экипажи отличались огромным весом, малой скоростью передвижения, не превышающей и 4 км/час, и неособенной практичностью. Главная проблема заключалась в отсутствии подзаряжаемых аккумуляторов, которые бы отличались сравнительно небольшими размерами, позволяющими заряжать электромобили.
Новый вид транспорта быстро приглянулся бизнесменам, поэтому уже в 1898 году по улицам Берлина, Лондона, Парижа и Нью-Йорка уже бегали электрические таксомоторы. Их заряжали в специальных комнатах.
Д ва транспортных средства на электрической тяге: слева — автобус: справа — такси. Бродвей на Таймс-Сквер. 1905 Электротакси в 1897 году
Комната для зарядки электротакси.
5.Завершение эры электромобилей в XX и воскрешение в XXI веке.
В 20-х годах ситуация кардинально поменялась, когда все заметней стал проявляться главный недостаток электромобилей – недостаточный запас хода. В США, Германии и Италии в эти годы массово создавалась сеть автодорог, благодаря которым открылась возможность дальних путешествий. Вот для них больше всего и подходили автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Поэтому их стали больше развивать и совершенствовать: для комфортного запуска появился электрический стартер, двигатели стали работать надёжнее и тише. А благодаря конвейерному способу изготовления удалось значительно понизить себестоимость автомобилей и резко увеличить их производство. Поскольку бензин в те годы стоил очень дёшево, то о его расходе никто не задумывался, тем более никого не волновала окружающая среда.
Фактически стремительно развивающаяся история создания электромобилей завершилась к 1930 году — к этому времени их практически прекратили производить.
Д о начала 1990 годов о них вовсе не вспоминали, пока не возникла острая проблема, связанная с необходимостью охраны окружающей среды. К тому же стало понятно, что запасы нефти не безграничны. Поэтому некоторые компании начали выпускать электрические транспортные средства. Первый современный серийный автомобиль GM EV1 был выпущен в США в 1996 — 2003 годах.
Электромобиль GM EV1
6.Разновидности:
6.1.Полноразмерные электромобили:
Термин «полноразмерный электромобиль» подразумевает не только размеры – характеристики этих машин зачастую превышают параметры автомобилей-доноров. Наличие мощного электромотора дает великолепные динамические характеристики (крутящий момент электродвигателя очень высок даже на низких оборотах, в отличие от двигателя внутреннего сгорания). Обычно такие электромобили комплектуются достаточно мощной аккумуляторной батареей, которая позволяет проехать до 200-250км на одном заряде. Двести километров – это достаточно приличная цифра, такой запас хода, с лихвой, перекрывает повседневные потребности большинства автовладельцев.
В рускоязычном Интернете много внимания уделяляется спортивному электромобилю Tesla Roadster (часто в ущерб другим не менее интересным образцам электромобилестроения) именно он сейчас бороздит космические просторы.
6.2.Внутригородские электромобили:
Данный тип электромобилей подразумевает специально сконструированный для электромобиля дизайн кузова — практически все представленные на рынке внутригородские электромобили построены на базе несущей рамы с навесными пластиковыми панелями. Это решение позволяет радикально снизить вес электромобиля, а также сделать кузов более долговечным.
Внутригородские электромобили имеют ограничение максимальной скорости передвижения (благо правила дорожного движения сами устанавливают такое ограничение), что позволяет также уменьшить критический параметр веса — устанавливается менее мощные (одновременно менее тяжелые) электродвигатели. Несмотря на планку скорости в 60-90км/ч, внутригородской электромобиль не будет чувствовать себя изгоем на дорогах — благодаря высокому крутящему моменту электродвигателя на низких оборотах и низкому весу, электромобили при старте от светофора оставляют далеко позади большинство чадящих собратьев.
6.3.Микроэлектромобили:
Микроэлектромобили являются комплексным решением не только проблемы ограниченной емкости аккумуляторной батареи, но и проблемы все увеличивающегося внутригородского трафика, создающего большое количество транспортных пробок.
Во внутригородских условиях большинство перемещений жителей осуществляется в цикле дом-работа-магазин-дом. Среднее значение преодолеваемого расстояния для средних городов составляет 25-35 километров в день, причем в большинстве случаев автомобиль везет только своего водителя. Опираясь на данный факт, можно отметить вопиющую неэффективность использования личного автотранспорта.
Обычный личный автомобиль стал настолько распространенным средством передвижения, что существующие дороги часто не позволяют передвигаться по ним с приемлемой скоростью. Дороги можно и расширить, однако это проблему не решит. Одним из выходов является широкое внедрение одно-двухместных микроавтомобилей. Благодаря своим габаритам на двухполосной трассе может поместиться до 3-4 таких самобеглых колясок в ряд (удвоение пропускной способности дороги). Мало того, меньшие размеры требуют меньшей площади парковок (в три-четыре раза меньшей, чем для парковки полноразмерного автомобиля).
Для электромобиля уменьшение размеров приводит к уменьшению количества аккумуляторов в батарее при той же дальности пробега (за счет снижения веса и аэродинамического сопротивления). Меньшая емкость аккумулятора означает приличную экономию в цене электромобиля. Мало того, применение достаточно тяжелой (по сравнению с баком бензина) аккумуляторной батареи позволяет радикально понизить центр масс микроавтомобиля, что серьезно сказывается на устойчивости такого средства передвижения.
Специально для любителей всего самого интересного и необычного американские конструкторы из компании Eggasus создали интересную машину электромобиль под одноименным названием Eggasus. Данное транспортное средство обладает электромотором и аккумулятором, которого хватает на 80 километров езды по асфальтированной дороге. Мотор будет с состоянии развивать скорость 40 км/ч. Трехколесный аппарат рассчитан только на одного человека. В передней части расположено большое стекло, дающее водителю хороший обзор.
По мнению разработчиков маленькие габариты машины электромобиля являются ее основными преимуществами, так как позволяют легко парковаться на не больших пространствах, а также легко объезжать пробки. В общем это идеальный транспорт для большого города со сложным трафиком.
Стоимость аппарата Eggasus будет находиться на уровне 5 000 долларов. Планируется, что автомобиль появиться на северо-американском рынке в сентябре-октябре 2012 года.
6.4.Электромобили на солнечной энергии.
В июле 2007 года швейцарский инженер-изобретатель Луи Палмер отправился в кругосветное путешествие на экологически чистом автомобиле. Около 40 стран и более 50 тысяч километров Палмер преодолел на машине, которая фактически потребляла лишь солнечную энергию. Конструктор даже выкрасил свой автомобиль в желтую окраску такси и прокатил на нем таких известных личностей, как Джея Лено, Джэймса Камерона, генсека ООН Пан Ги Муна и мэра Нью-Йорка Майкла Блумберга.
Естественно, двухместная машина не смогла бы вместить достаточное количество солнечных батарей, поэтому независимые производители решили приделать к своему такси прицеп. Он вместил на себе панель площадью 6 кв. метров, состоящую из солнечных элементов Q-Cells. Прицеп не сильно прибавил вес автомобилю, вместе с ним SolarTaxi весит всего 750 килограмм. Зато солнечные панели за один день способны накапливать энергии, которой хватит на 100 километров пути.
6.5.Электромобиль на ветровой энергии.
Этот автомобиль разработан той же фирмой Venturi, что и Astrolab, в том же 2006 году. Он напоминает коробочку на 4 колесах или автомобиль начала 20-го века. На его крыше размещены фотоэлектрические ячейки, снабжающие его энергией. Как опция может быть установлена ветротурбина мощностью 400 ватт, являющаяся дополнительным источником энергии при наличии ветра.
Максимальная скорость автомобиля только 48 километров в час и пробег на одной зарядке тоже 48 километров.
Размещение водителя и пассажиров этого 3-местного авто несколько отличается от общепринятого стандарта: водитель сидит впереди, а два пассажира — рядом друг с другом на заднем сидении.
Переключения скоростей как такового нет — есть только два варианта передвижения: вперед и назад.
7.Устройство электромобилей
Рис. 1. Схема устройства советского электромобиля НИИАТ (Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта): 1 - акселератор; 2 - включатель; 3 - розетка для подзарядки; 4 - служебный аккумулятор; 5 - тяговый электродвигатель; 6 - редуктор трансмиссии; 7 - контейнеры с тяговой батареей аккумуляторов (заливкой показаны используемые серийные агрегаты).
Современный электромобиль - специально рассчитанная на городскую эксплуатацию. Конструкция создавалась с облегчённой ходовой частью и кузовом, особой трансмиссией и удобным для смены БА её расположением. Ток от БА, находящейся, как правило, в 1-2 контейнерах под кузовом Электромобиль, идёт к двигателю через систему тиристорных блоков управления. При использовании двигателя переменного тока в систему включают его преобразователь. Двигатель ставят либо в блоке с ведущим мостом спереди или сзади, либо спереди- с карданным приводом от него к заднему мосту (рис. 1), либо (2-4 двигателя) в колёсах. Восстановление запаса энергии производят.
7.1.Электродвигатель.
Основные физические процессы и принцип действия.
На движущиеся внутри магнитного поля электрические заряды, которые называют электрическим током, всегда действует механическая сила, стремящаяся отклонить их направление в плоскости, расположенной перпендикулярно ориентации магнитных силовых линий. Когда электрический ток проходит по металлическому проводнику или выполненной из него катушке, то эта сила стремится подвинуть/повернуть каждый проводник с током и всю обмотку в целом.
На картинке ниже показана металлическая рамка, по которой течет ток. Приложенное к ней магнитное поле создает для каждой ветви рамки силу F, создающую вращательное движение.
Это свойство взаимодействия электрической и магнитной энергии на основе создания электродвижущей силы в замкнутом токопроводящем контуре положено в работу любого электродвигателя. В его конструкцию входят:
обмотка, по которой протекает электрический ток. Ее располагают на специальном сердечнике-якоре и закрепляют в подшипниках вращения для уменьшения противодействия сил трения. Эту конструкцию называют ротором;
статор, создающий магнитное поле, которое своими силовыми линиями пронизывает проходящие по виткам обмотки ротора электрические заряды;
корпус для размещения статора. Внутри корпуса сделаны специальные посадочные гнезда, внутри которых вмонтированы внешние обоймы подшипников ротора.
Упрощенно конструкцию наиболее простого электродвигателя можно представить картинкой следующего вида.
При вращении ротора создается крутящий момент, мощность которого зависит от общей конструкции устройства, величины приложенной электрической энергии, ее потерь при преобразованиях.
Величина максимально возможной мощности крутящего момента двигателя всегда меньше приложенной к нему электрической энергии. Она характеризуется величиной коэффициента полезного действия.
7.2. Тяговой аккумулятор.
Тяговой аккумулятор — это специальная свинцово-кислотная батарея, которая позволяет организовать питание специальных электромоторов.
Данные устройства имеют определенные характеристики, которые отличают их от аналогичных механизмов:
Срок эксплуатации может достигать 1000 циклов заряда — разряда.
Имеют относительно небольшой показатель разрядки самоуправления, который может достигать всего лишь 5%/месяц.
Могут эксплуатироваться в относительно плохих условиях при температуре от -30 до +65 градусов. Относительно стойки к воздействиям механических повреждений, вибраций и других внешних характеристик.
Экспериментальная часть. «Очумелые ручки».
Изучение электромобиля на примере сборки небольшой авто модели.
Для того чтобы лучше разобраться в устройстве электромобиля я решил самостоятельно собрать небольшую модель такого автомобиля.
1.Для начал я собрал все нужные детали: Мотор, Провода, Ключ, Аккумулятор, Шурупы.
1.1.Для своей мдели я использовал аккумулятор сотового телефона.
Виды аккумуляторов
Существует три основных вида аккумуляторов, используемых в мобильных телефонах: никель-кадмиевые, литий-ионные и литий-полимерные.
2.Дальше я взял за основу машинку с инерциальным двигателем. Разобрал её переделал механизм и установил электродвигатель.
3.Дальше установил ключ.
4.Но чтобы аккумулятор можно было бы заряжать также как и в полноценных электромобилях я подключил мотор через телефон и установил его в модель.
Итог. Я собрал небольшую модель автомобиля на электрическом двигателе, которая наглядно показывает систему устройства главных узлов электромобиля.
ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ
МЫ ОТКРЫЛИСЬ!
ЭЛЕКТРОАВТО НА ЗАПРАВКЕ.
8.Достоинства и недостатки электромобиля.
Достоинства:
Электромобиль почти не дает вредных выбросов в атмосферу.
-Прост в устройстве.
-Прост в управлении (легко трогается с места, переключение скоростей)
-Незаменим для игры в гольф, в курортных зонах, заповедниках, зоопарках, на складах где нежелательны вредные газы от автомобилей.
-Дешевы в эксплуатации (электроэнергия дешевле, чем бензин).
-Низкий уровень шума при работе.
-Возможность подзарядки от розетки.
-Если подзарядку осуществлять в ночное время – это решит проблему «энергетического пика» (когда эл.энергии ночью мало используется, а утром, днем и вечером много). Подстанции меньше ломаться будут.
Недостатки:
-Небольшая скорость.
-Большие размеры аккумуляторных батарей.
-Высокая стоимость.
-мало автозаправочных станций;
-сравнение в пробеге электромобиля до полного исчерпания заряда батареи с типичным автомобилем значительно уступает показателям обычного автомобиля до исчерпания запасов топлива в баке;
‒ безопасность электромобиля ниже обычного авто, так как он имеет облегченный вариант конструкции;
‒ техническое обслуживание сулит быть проблематичным, ввиду малого количества деталей на рынке и специально обученного персонала;
‒ утилизация (аккумуляторы содержат опасные химические вещества и кислоты).
9. Электромобиль и экология.
К онечно, электромобиль имеет и свой недостатки, например процесс утилизации тяговых аккумуляторов не самый экологически чистый. Данная процедура сложна и трудоёмка, крайне дорога, то есть угроза нарушений технологии утилизации на фоне масштабного производства электромобилей неизбежна.
Но все же если правильно утилизировать, то можно добиться снижения выбросов химической продукции.
Выходит, что на каждый киловатт (или лошадиную силу) мощности электромобиль жжет примерно столько же условных единиц угля или мазута, сколько традиционный двигатель внутреннего сгорания жжет бензина или солярки.
Разница лишь в том, что "выхлоп" электромобиля происходит где-то далеко (ТЭС,ГЭС), а сам он не портит воздух, и для больших городов, загазованных автотранспортом, такие машины с точки зрения экологии действительно спасение.
Правильная утилизация батареек
Хотелось бы поподробнее остановиться на утилизации аккумуляторных батарей. Пришедшие в негодность аккумуляторы ни в коем случае нельзя хранить в домашних условиях, гаражах, а также выбрасывать их вместе с остальным мусором. Вещества, являющиеся составляющими любого аккумулятора, опасны для окружающей экологии и здоровья человека. С течением времени из выброшенного на свалку аккумулятора начинает вытекать свинец, ртуть, серная кислота, попадая в почву, а затем в грунтовые воды, они наносят колоссальный вред окружающей среде. Утилизация аккумуляторных батарей — процесс, который проводится только компетентными работниками на перерабатывающих предприятиях, имеющих соответствующую лицензию. В нынешнее время появилась целая сеть пунктов, осуществляющих приём старых АКБ у населения. Сбор аккумуляторных батарей процесс трудоемкий и химически опасный, поэтому продемонстрируем его на примере маленьких батарейк.
Проблемой сбора батареек также как и аккумуляторных занимаются различные общественные организации. Они создают пункт приема, во дворах устанавливается специальная урна, откуда впоследствии утилизированные элементы отправятся на завод по переработке батареек. Сделать полезное дело может каждый желающий, установив ящик для сбора в своем подъезде или на работе. Таким образом, вы не просто проявляете обеспокоенность состоянием экологии, но и делаете все возможное для ее улучшения. Я решил установить такой ящик в своей школе, чтобы впоследствии сдать собранные батарейки в пункт приема по переработке батареек.
Ч тобы работа пошла активнее, я прошел по классам нашей школы, где рассказывал ребятам о том, почему надо утилизировать батарейки и правильной их утилизации.
На следующий день желающих сдать батарейки на утилизацию было много, что меня очень порадовало.
Памятка
Пальчиковые батарейки выглядят вполне безобидно. Даже их небольшой размер заставляет усомниться, что утилизация использованных батареек является необходимой мерой. Но это не так. Одна миниатюрная пальчиковая батарейка загрязняет участок почвы, площадью в 20 м². И это только одна батарейка, а что может сделать сотня таких батареек. Я не говорю уже про аккумуляторные батареи, которые весят десятки килограммов. Для того чтобы правильно утилизировать батарейки я составил не большую памятку «Как правильно утилизировать батарейки». (Приложение 1.)
Опрос
Во время выполнения работы я узнал много интересной информации об электрокарах.
Например, я узнал, что первый электромобиль появился почти на полвека раньше, чем первый автомобиль с ДВС. Или то, что электромобиль при правильной утилизации тягового аккумулятора намного экологичнее автомобиля с ДВС. А знают ли об этом ученики?
Учащимся 10-11-х классов были заданы вопросы:
1.Знаете ли вы о существовании автомобиля с электрическим двигателем?
2.Какой вид транспорта более безопасен с экологической точки зрения на электродвигателе или на двигателе внутреннего сгорания?
3.Считаете ли вы, что переход на автомобили с электродвигателем положительно скажется на экологии?
В анкетировании принимали участие 32 учащихся.
На первый вопрос анкеты «Знаете ли вы о существовании автомобиля с электрическим двигателем? » ответы учащихся распределились следующим образом: 29 человек ответили да, а 3 человека наоборот не знают.
При ответе на 2 вопрос « Какой вид транспорта более безопасен с экологической точки зрения на электродвигателе или на двигателе внутреннего сгорания?» большинство участников выбрали автомобиль на электрическом двигателе.
На 3 вопрос «Считаете ли вы, что переход на автомобили с электродвигателем положительно скажется на экологии?» 24 человека ответили да, а 8 ответили нет.
Вывод: большинство опрошенных отдают предпочтение автомобилю на электродвигателе.
Заключение
Данная работа углубила мои познания об электромобиле, расширила преставления о истории его создания. Я добился поставленной цели, ответив на вопросы СМИ: «За электромобилями будущее?», «Электромобили спасут экологию планеты?». Да! Я считаю, что электромобиль одна из машин будущего. И она лучше чем машина с ДВС для экологии планеты.
Работая над проектом, я получил массу положительных эмоций, поэтому нельзя не согласиться со словами учителя физики Светланы Владимировны Фооса «Чем больше возможностей будут иметь дети в школе для развития своих познавательных способностей, тем легче им будет найти себя в современном мире».
За электромобилем будущее!
Источники информации: N-T.ru
1. Гулиа Н.В. Накопители энергии. – М.: Наука, 1980. – 150 с.
2. Electric & hybrid vehicle technology' 95. The international review of electric and hybrid vehicle design and development. UK & International press. – 1995. – 304 с.
3. Der neue elektro – 3er von BMW – glied einer langen entwicklungskette. Kolloquium fahrzeug- und motorentechnik. 15...17 Oktober 1991. Eurogress Aachen. – 47 p.
