Đề cương môn vật lý- Trường Đại học bách khoa - Đại học đà nẵng.

111Equation Chapter 1 Section 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ----- □ & □ -----
BÁO CÁO DỰ ÁN HỌC TẬP
VẬT LÝ II
Tên dự án: Máy phát điện chạy bằng sức gió
Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Đình Triển
Mã số học phần: 3050641.2410.23.06
Nhóm sinh viên thực hiện:
Đà Nẵng, tháng 10 năm 2024 MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU......................................................................................................
PHẦN II: NỘI DUNG.....................................................................................................
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN...........................................................................................
I.1. Vật liệu và số lượng...............................................................................................
I.2. Các bước tiến hành................................................................................................
CHƯƠNG II. PHÁC THẢO BẢN THIẾT KẾ......................................................
II.1. Hình ảnh tổng thể.....................................................................................
II.2. Hình ảnh chi tiết........................................................................................
II.2.1. Đầu quạt ............................................................................................... 7
II.2.2. Phần thân bên ngoài mô hình ................................................. 8
II.2.3. Phần lõi bên thân (bên trong) mô hình ............................. 9
CHƯƠNG III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................
III.1. Máy phát điện bằng sức gió là gì ?..............................................
III.1.1. Khái niệm .......................................................................................... 10
III.1.2. Cấu tạo .............................................................................................. 10
III.2. Cơ sở lý thuyết........................................................................................
III.2.1. Nguyên tắc cơ bản ..................................................................... 10
III.2.2. Một số định luật chính ............................................................. 11
CHƯƠNG IV: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG..............................................................
CHƯƠNG V: TÍNH CHẤT..........................................................................................
V.1. Ưu điểm:.............................................................................................................
V.2. Nhược điểm:.......................................................................................................
KẾT LUẬN....................................................................................................................
PHẦN I: MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự cạn kiệt của các
nguồn năng lượng hóa thạch, việc tìm kiếm các nguồn năng
lượng tái tạo ngày càng trở nên cần thiết. Năng lượng gió, với
tiềm năng dồi dào và khả năng giảm thiểu tác động tiêu cực
đến môi trường, đã trở thành một trong những lựa chọn hàng
đầu trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Máy phát điện chạy bằng
sức gió là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay,
không chỉ giúp chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng mà
còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.
Trong quá trình làm dự án, nhóm chúng em đã bắt đầu với
việc tìm hiểu máy phát điện chạy bằng sức gió tạo ra điện năng
bằng việc tạo ra từ trường từ nam châm qua nhiều khía cạnh
khác nhau như: vẽ mô hình, lựa chọn nguyên liệu, lắp ráp, đưa
vào chạy thử và điều chỉnh sai sót. Sau khi sản phẩm được
hoàn thành, chúng em chuyển qua tìm hiểu các nguyên lý giúp
cho sản phẩm có thể hoạt động và đánh giá ưu và nhược điểm của máy phát điện.
Qua môn học Vật lý 2, nhóm chúng em đã có cơ hội được
tìm hiểu và chế tạo mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió.
Trong thời gian tìm hiểu sản phẩm, chúng em đã học hỏi được
rất nhiều kiến thức từ việc tìm cách làm sản phẩm hoạt động
dựa trên các bài vật lý đã học. Để hiểu rõ hơn về sản phẩm,
chúng em đã viết một bản báo cáo học tập. Trong quá trình làm
có thể xảy ra một vài sai sót, mong thầy sẽ xem và đóng góp ý
kiến để bàn báo cáo của nhóm trở nên hoàn thiện hơn. Và lời
cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn thầy vì đã tạo điều
kiện cho chúng em có cơ hội được tìm hiểu và tiếp cận các kiến
thức vật lý qua một sản phẩm khoa học. 3
Nhóm sinh viên thực hiện STT
Họ và tên MSSV 1 Nguyễn Trần Thảo Ngân 107230246 2 Nguyễn Thị Mỹ Hảo 107230231 3 Phạm Ngọc Châu 107230225 4 Nguyễn Thị Vy 107230271 5 Phạm Lê Khánh Chi 107230175 6 Trần Thị Kim Nguyên 107230198 7 Nguyễn Thị Lệ Trang 107230216 4
PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
 Máy phát điện bằng sức gió là dòng sản phẩm cung cấp
điện năng cho người dùng nhờ việc chuyển đổi năng lượng gió
trời tự nhiên làm quay tuabin sinh công năng và chuyển hóa thành điện năng.
 Nam châm vĩnh cửu được phát hiện từ thời cổ đại, nhưng
chỉ đến thế kỷ 19, khi các nhà khoa học như Michael Faraday
(1791–1867) và Hans Christian Ørsted (1777–1851) khám phá
ra hiện tượng điện từ, nguyên lý hoạt động của động cơ điện mới được hiểu rõ.
 Động cơ điện ban đầu sử dụng dòng điện để tạo ra từ
trường thay đổi, nhưng các nghiên cứu về nam châm vĩnh cửu
đã mở ra khả năng thiết kế động cơ không cần sử dụng nhiều
năng lượng điện để duy trì từ trường.
I.1. Vật liệu và số lượng • Nam châm: 4 cục
• Cánh quạt: 1 cái
• Hộp nhựa: 1 cái
• Dây đồng: 1 dây
• Đèn LED 2V: 1 cái
• Thanh thép: 1 thanh
• Ống nhựa: 1 ống
I.2. Các bước tiến hành
Bước 1: Chuẩn bị các vật liệu và dụng cụ cần thiết. 5
Bước 2: Đục 2 lỗ đối nhau để gắn trục quay với cánh quạt.
Bước 3: Quấn dây đồng song song nhau quanh hộp nhựa.
Bước 4: Gắn 4 nam châm vào trục quay và cố định bằng keo.
Bước 5: Nối hai đầu dây đồng với bóng đèn led 2V.
Bước 6: Kiểm tra quạt và đèn có hoạt động không và chỉnh sửa.
Bước 7: Cố định và kiểm tra lại sản phẩm. 6
CHƯƠNG II. PHÁC THẢO BẢN THIẾT KẾ
II.1. Hình ảnh tổng thể Hình 1
II.2. Hình ảnh chi tiết
II.2.1. Đầu quạt
Hình 2 : Cánh quạt 7
II.2.2. Phần thân bên ngoài mô hình
Hình 3 : Hộp nhựa quấn dây đồng xung quanh
Hình 4: Bóng đèn LED 2V 8
II.2.3. Phần lõi bên thân (bên trong) mô hình
Hình 5 : Thanh thép
Hình 6 : Ống nhựa
Hình 7 : Nam châm 9
CHƯƠNG III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
III.1. Máy phát điện bằng sức gió là gì ?
III.1.1. Khái niệm.
Máy phát điện bằng sức gió là dòng sản phẩm cung cấp điện
năng cho người dùng nhờ việc chuyển đổi năng lượng gió trời tự
nhiên làm quay tuabin sinh công năng và chuyển hóa thành điện năng.
III.1.2. Cấu tạo.
 Cánh quạt: Thông qua sự tác động bên ngoài, thu nhận
năng lượng gió và chuyển đổi nó thành năng lượng cơ học.
 Thân quạt (Hộp nhựa): Là phần chính của quạt. Hỗ trợ
cấu trúc của quạt và giữ cho mô hình ổn định trước gió.
Chất liệu làm bằng nhựa, mỏng để lực từ xuyên qua từ lớp
dây đồng bên ngoài ảnh hưởng qua lớp nhựa tới nam châm.
 Trục quay: Truyền động lực từ cánh quạt thu nhận năng
lượng gió đến trục quay cùng bộ phận bên trong làm
chúng quay và tạo ra điện.
 Dây đồng: Quấn quanh hộp nhựa mỏng để kết nối và dẫn
nguồn điện đến bóng đèn.
 Nam châm: Bốn cục nam châm theo chiều hút nhau bám
vào thanh thép thông qua miếng gỗ mỏng để gắn kết nam
châm với trục quay chặt hơn. Ở đây, Roto chính là nam
châm còn dây đồng chính là Stato, cả hai liên kết với nhau
thông qua lực từ xuyên từ lớp nhựa mỏng của hộp nhựa để tạo ra dòng điện.
 Bóng đèn: Bóng đèn gắn với dây đồng, dùng để kiểm
chứng xem có dòng điện chạy qua thông qua việc thu
nhận năng lượng gió từ cánh quạt rồi dẫn đến trục quay
cùng nam châm quay truyền đến dây đồng phát ra điện làm sáng bóng đèn LED.
III.2. Cơ sở lý thuyết. 10
III.2.1. Nguyên tắc cơ bản.
Máy phát điện bằng sức gió hoạt động dựa trên hiện tượng cảm
ứng điện từ. Để hình thành nguyên tắc hoạt động của máy phát
điện xoay chiều, gồm có 2 bộ phận chính là roto (phần cảm) và
stato (phần ứng). Mỗi bộ phận này có cấu tạo và chức năng
khác nhau nên khi kết hợp với nhau chúng sẽ tạo ra nguồn
năng lượng cho các thiết bị hoạt động. Cụ thể như sau:
 Roto (phần cảm): Rôto của động cơ có các nam châm
gắn trên đó, khi roto hoạt động sẽ tạo ra từ trường biến
thiên hay còn gọi là từ thông. Khi từ trường quay của
stator tác động lên từ trường của rôto, nó gây ra lực mô-
men xoắn làm cho rôto quay.
 Stato (phần ứng): Gồm có khung dây dẫn tạo bởi các
cuộn dây đồng có chung kích thước. Những sợi dây đồng
này được cố định trong một vòng tròn xung quanh lõi thép.
Tốc độ quay của phần ứng càng cao thì điện áp cảm ứng càng
lớn. Do đó bằng cách điều chỉnh số vòng của cuộn dây, số cuộn
dây, tốc độ quay phần ứng và cường độ của từ trường. Ta có
thể tạo ra điện áp mong muốn.
III.2.2. Một số định luật chính.
• Định luật Faraday về cảm ứng điện từ
-Nội dung định luật: Khi một từ thông biến thiên qua một vòng dây dẫn, một
điện áp cảm ứng sẽ xuất hiện trong dây dẫn đó. Điện áp này tỷ lệ thuận với tốc
độ thay đổi của từ thông.
-Ứng dụng trong quạt nam châm: Khi từ trường quay trong stator của động
cơ nam châm thay đổi, nó tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây của stator.
Dòng điện này tương tác với từ trường của nam châm trên roto, tạo ra mô-men xoắn làm cho roto quay.
• Định luật Lenz 11
-Nội dung định luật: Định luật Lenz bổ sung cho định luật Faraday, phát biểu
rằng dòng điện cảm ứng sinh ra trong một mạch kín sẽ có chiều sao cho từ
trường mà nó tạo ra sẽ chống lại sự thay đổi từ thông gây ra nó.
-Ứng dụng trong quạt nam châm: Khi từ trường trong động cơ thay đổi, định
luật Lenz giúp đảm bảo rằng dòng điện cảm ứng sinh ra sẽ tạo ra từ trường đối
kháng, giúp điều chỉnh sự thay đổi của từ trường trong động cơ một cách ổn
định. Điều này giúp đảm bảo động cơ hoạt động trơn tru và đồng bộ. 12
CHƯƠNG IV: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1. Thu thập năng lượng gió: Cánh quạt thiết kế sao cho tối
ưu hóa việc thu năng lượng gió.
2. Chuyển đổi năng lượng gió thành cơ năng: Mượn
năng lượng gió từ tự nhiên hoặc nhân tạo làm xoay cánh
quạt truyền qua trục chính làm quay trục quay và roto.
3. Tạo từ trường quay: Từ trường quay của roto là yếu tố
then chốt giúp máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ
học từ gió thành năng lượng điện. Khi roto quay nó tạo ra
từ trường quay. Từ trường này xuyên qua các cuộn dây
trên stato và làm thay đổi từ thông qua các cuộn dây này.
4. Cảm ứng điện từ: Sự thay đổi từ thông qua các cuộn dây
trên stato tạo ra một suất điện động cảm ứng trong các
cuộn dây theo định luật Faraday về cảm ứng điện từ. Là
yếu tố then chốt giúp máy phát điện xoay chiều chạy bằng
sức gió hoạt động hiệu quả và bền vững.
5. Dòng điện xoay chiều: Suất điện động cảm ứng này làm
cho các electron trong cuộn dây di chuyển và tạo ra dòng
điện xoay chiều. Dòng điện này sau đó được truyền ra ngoài để sử dụng.
Kiểm tra hoạt động: Bóng đèn LED được sử dụng để kiểm tra
xem máy phát điện có hoạt động bình thường không. Khi máy
phát điện hoạt động, dòng điện xoay chiều được tạo ra làm cho bóng đèn sáng. 13
CHƯƠNG V: TÍNH CHẤT
V.1. Ưu điểm:
 Hiệu suất cao: Nam châm vĩnh cửu giúp tạo ra từ trường mạnh, làm tăng
hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng.
 Thiết kế đơn giản: Thiết kế đơn giản giúp việc lắp đặt trở nên dễ dàng
hơn, giảm thiểu thời gian và công sức. Có ít bộ phận phức tạp làm giảm
nguy cơ hư hỏng giúp cho việc bảo trì trở nên đơn giản và nhanh chóng.
 Kích thước nhỏ gọn: Thiết kế với nam châm vĩnh cửu thường nhẹ và
nhỏ gọn hơn, thuận tiện cho việc lắp đặt và vận chuyển.
 Khả năng khởi động ở vận tốc gió thấp: Nhờ từ trường mạnh, máy phát
điện có thể khởi động dễ dàng ngay cả khi gió yếu.
 Độ bền cao: Các nam châm vĩnh cửu thường có tuổi thọ lâu dài, không
cần thay thế, giúp máy hoạt động ổn định trong thời gian dài. Sử dụng vật
liệu bền và chất lượng cao trong chế tạo giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn và hao mòn.
 Sử dụng nguồn năng lượng thân thiện với môi trường: Bảo vệ hệ sinh
thái bằng việc sử dụng năng lượng gió không làm cạn kiệt nguồn tài
nguyên, không tạo ra các chất thải độc hại gây ô nhiễm môi trường.
 Tiết kiệm năng lượng: Không cần tiêu tốn năng lượng để tạo ra từ
trường giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành.
V.2. Nhược điểm:
 Chi phí ban đầu cao: Mặc dù chi phí vận hành thấp, nhưng chi phí
nghiên cứu phát triển, lắp đặt, bảo trì và đầu tư ban đầu cho thiết bị và hệ thống có thể cao.
 Giới hạn về công suất: Máy phát điện phụ thuộc vào kích thước và thiết
kế, nếu vượt quá giới hạn cho phép, có thể không làm tăng sản lượng
điện, ngay cả khi có gió mạnh.
 Kích thước nam châm cần lớn hơn để tạo ra từ trường mạnh: Điều
này làm tăng kích thước tổng thể của máy phát, ảnh hưởng đến thiết kế và
yêu cầu không gian lắp đặt nhiều hơn.
 Phụ thuộc vào vị trí địa lí: Hiệu quả của máy phát điện gió phụ thuộc
nhiều vào vị trí lắp đặt. Những khu vực có gió mạnh và ổn định sẽ mang
lại hiệu suất cao hơn những nơi ít gió. 14
 Nhạy cảm với điều kiện môi trường: Máy phát điện bị ảnh hưởng bởi
thời tiết, nhiệt độ môi trường, độ ẩm cao có thể ảnh hưởng đến các linh
kiện điện tử, làm tăng nguy cơ ăn mòn. Ngoài ra, tốc độ gió không ổn
định và sự tác động của động vật như chim… cũng làm giảm hiệu suất
hoạt động của máy phát điện.
 Nhiệt độ hoạt động: Nam châm có thể bị giảm hiệu suất khi nhiệt độ
tăng cao, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của máy
phát điện trong môi trường nóng.
 Khả năng bị từ hóa lại: Trong một số trường hợp, nam châm có thể bị từ
hóa lại hoặc mất từ tính theo thời gian nếu không được bảo quản đúng
cách, dẫn đến làm giảm hiệu suất. 15 KẾT LUẬN
Sau khi thực hiện dự án học tập này, nhóm chúng em nói chung và các
thành viên trong nhóm nói riêng đã học và tiếp thu được các kiến thức về dự án
này. Đồng thời chúng em cũng học được kỹ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn
đề, lắp ráp mô hình, giao tiếp bằng văn bản, tìm hiểu các nguyên lý về cảm ứng
điện từ,… Bên cạnh đó chúng em cũng tích lũy được những kiến thức đã tìm
hiểu và áp dụng chúng vào mô hình trên, nhìn nhận ra những nguyên lí đó trong
đời sống và biết cách sử dụng nguồn năng lượng tái tạo quan trọng như gió để
bảo vệ môi trường và cũng có tiềm năng rất phát triển. 16