Дослідження принципів перетворення акустичних хвиль в електричний струм та виготовлення прототипу акустичної панелі перетворювача, ч.2
Автор: Шах Олексій Вікторович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У магістерській кваліфікаційній роботі проведене розроблення та виготовлення прототипу перетворювача акустичних хвиль у електроенергію. З даних перетворювачів буде складати акустична панель. Прототип працює за методом електромагнітної індукції. Електромагнітна індукція — це явище створення в просторі вихрового електричного поля завдяки змінним магнітним потоком. Це зумовлено зв’язком між змінними електричним та магнітними полями в електромагнітній хвилі. Також це відбувається внаслідок практично важливого для генерації електричного струму - виникнення електрорушійної сили в провідному контурі, магнітний потік через який змінюється. Такого висновку дійшов англійський фізик Майкл Фарадей. Протягом 10 років він провів декілька тисяч експериментів для вивчення так би мовити перетворення магнетизму в електрику [1]. Індукційний струм – це електричний струм, що виникає у провідному контурі при зміні магнітного потоку через цей контур внаслідок явища електромагнітної індукції. Змінне магнітне поле індукує в провіднику струм, направлений протилежно тому електричному струму, який в ньому протікає. Як наслідок електричний струм в провіднику встановлюється поступово і лише з часом досягає максимального значення. Коли це значення встановилося, магнітне поле перестає змінюватися і індукційний струм зникає [2]. Дослідженнями перетворення акустичних хвиль у електроенергію займаються останніми роками все більше і більше науковців, зокрема проводили або проводять зараз досліди такі науковці, як: Стів Данн із Лондонського університету королеви Марії, китайський дослідник Чжанхуа Ву з Технічного інституту фізики та хімії, вчені Університету Юти. Іранські дослідники винайшли акустичну-електричну технологію [3]. Також варто і згадати про українських науковців із Харківського національного університету радіотехніки, що розробили пристрій для циклічного перетворення механічної енергії в електричну. Більшість науковців роблять дослідження у напрямку п’єзоефекту та беруть цей метод за основу. Виготовлення прототипу такого електрорушійного генератора та створення з таких елементів акустичних панелей можна вважати ще одним методом для вирішення проблем енергозалежності у світі. Це нова альтернатива у створенні збиранні енергії від ще одного джерела – звуку, шуму. Для створення такого перетворювача було проведено усі необхідні інженерні розрахунки, а саме: розрахунок теоретично можливих отриманих даних, розрахунок розмірів приладу, розрахунок параметрів кожного елемента, визначені показники надійності електромагнітного перетворювача, оцінені параметри технологічності пристрою. У основі приладу лежить мідна котушка, що коливається у магнітній системі та є прикріпленою до мембрани. У програмі AutoCAD спроектовано 3D модель перетворювача у двох моделях (перша модель зображає повну версію генератора як він є задуманий, а друга модель це спроектований корпус). Корпус надрукований на 3D принтері та у нього було поміщено усі необхідні складові для створення діючого макету. Проведено експериментальні дослідження із виготовленим прототипом і зроблені порівняння із теоретичними обрахунками. Для замірів під час дослідження було використано вимірювальний мікрофон разом із програмним забезпеченням Smaart 8. Також було обгрунтовано економічну доцільність розробки і виробництва електрорушійного генератора, розрахована його вартість, економічний ефект у сфері виробництва, сумарний економічний ефект за термін експлуатації та загальний економічний ефект. Загалом робота містить: 71 сторінки, 11 рисунків, 42 графіки та 11 літературних джерел. Ключові слова: акустичні хвилі, динамічний мікрофон, звук, шуми, енергія, електрорушійна сила, досліди Фарадея, перетворювач, генератор, акустична панель, електромагнітна індукція. Перелік використаних літературних джерел. 1. Фізика за редакцією і керівництвом Локтєва В.М., Бар’яхтара В.Г., Довгого С.О. 2019р. 2. Фізика для бакалаврів. Електрика і магнетизм(http://physics.zfftt.kpi.ua/mod/book/view.php?id=297&chapterid =47). 3. Prospect of electric generation using sound (https://pubs.aip.org/aip/acp/article/1839/1/020050/845821/Prospect-of-