Модель парового двигателя

Этим постом я открываю небольшую серию сообщений, получившуюся в ходе нашей с Витей подготовки доклада для городского конкурса исследовательских работ и проектов "Шаг в науку", проводящемся в МАН (Малой Академии Наук школьников).

В прошлом году Витя на этом конкурсе, а потом и на областном, и даже на всеукраинском занимал первые и вторые места с докладом "Исследование конструктивных особенностей и технических характеристик космических кораблей и ракет-носителей"  в секции "Астрономия". А еще раньше, в четвертом классе, Витин доклад в секции "Биология" о вкусовой карте языка занял третье место в двух городских конкурсах.

Поэтому в этом году мы были просто обязаны придумать еще что-нибудь не хуже:) Сейчас Витя решил делать доклад по физике. В этот раз он называется совсем просто  - "Сила воды". Про использование воды как источника для получения энергии.  На днях Витя прошел пробный просмотр в школе, выступил, показал опыт. Учителя его хвалили. Надеюсь, и в МАН все будет хорошо.

Кроме написания теории (которая, увы, по прежнему висит только на мне, Витя тут не помощник), мы решили сделать и показать две модели двигателей, демонстрирующих способы получения энергии из воды: паровой турбины и водяной ракеты.
Делать модели - это для Вити :) Конечно, не обошлось без помощи Антона, но с каждым разом Витя все больше понимает в этом деле сам. А уж компьютерную презентацию потом делать и схемы рисовать - это Витя может уже лучше нас:)

Сегодня я напишу о первой модели для доклада - модели паровой турбины (вторая модель здесь).

Звучит важно. На самом деле  - забавная штучка.

Вот видео работы нашей паровой турбины (39 секунд).

Катя все спрашивала: "А когда она полетит?" Видимо, ей колесо напоминало винт от вертолета. Да и мне эта штука напоминает космический корабль из кинофильма "Кин-дза-дза". Пепелац :)

Принцип работы паровой турбины практически такой же как у чайника - из-за горения топлива в топке вода в резервуаре закипает, образуется пар, который под давлением вырывается через узенькую трубочку и крутит колесо укрепленной над трубочкой турбины. Энергию вращения турбины можно использовать для получения электричества. Именно так и делают на различного рода электростанциях - тепловых, геотермальных, ядерных. С помощью паровых турбин получается 86% электроэнергии в мире!

Схема работы модели паровой турбины. Рисовал Витя

Дальше мастер-класс по созданию парового двигателя:)

Для паровой турбины нам понадобится:

• 2 жестяных банки (у нас они были от сгущенки). Одна из них обязательно должна быть еще не открытая, потому что мы будем открывать ее особым способом!
• Тонкая трубка или стальной стержень, в котором надо будет просверлить отверстие.
• Гайка, шуруп, длинный гвоздь, 2 пластмассовых дюбеля 
• Сухой спирт, вода.

Сначала рисуем эскиз. Примерно так:

Эскиз модели

Когда все детали продуманы, приступаем к изготовлению.
Самый интересный этап: берем целую банку, и в ее крышке пробиваем два диаметрально противоположных отверстия. Через них надо будет вылить содержимое банки. Так как у нас там была сгущенка, Витя очень быстро справился с заданием опустошить банку :)  Банку моем. Наш резервуар для воды готов.

Подготавливаем консервную банку :)

Вторую банку можно открывать как обычно, мы все равно будем разрезать ее пополам. Из нижней половины будем делать топку.  Ножницами по металлу прорезаем отверстие для того, чтобы класть туда топливо. По окружности шилом делаем ряд отверстий, чтобы улучшить доступ кислорода (мы сначала не сделали, и огонь плохо разгорался).

Так выглядит топка паровой турбины

Из оставшихся от второй банки кусков жести надо вырезать колесо-крыльчатку для турбины и ушки-держалки для него. Этим занялся Витя.

Вырезание крыльчатки и держателей для нее

После этого все детали нужно припаять к резервуару. Тут уж Антон Вите помог.
Сначала по окружности к дну резервуара надо припаять топку.

С помощью тонкого сверлышка Антон сверлит отверстие в металлическом стержне.
А потом припаивает все детали модели.

Затем, к верху резервуара нужно припаять сверху на одно отверстие гайку. Это будет отверстие для наливания воды. Мы его будем закручивать шурупом, чтобы пар выходил только через второе отверстие.
А на второе отверстие нужно припаять узкую трубочку и ушки для установки турбины

Модель паровой турбины. Вид сверху без крыльчатки

Подготовленная к установке крыльчатка турбины

С помощью длинного гвоздя устанавливаем турбину на место. Чтобы во время вращения она не съезжала, мы ее зафиксировали кусочками пластикового дюбеля.

Модель паровой турбины с установленной крыльчаткой

Все готово, можно наливать воду (не очень много, примерно 1/3 банки, чтобы закипала скорее), закручивать шуруп, класть в топку сухой спирт и поджигать. Как только вода закипит (где-то минут 3-5), пойдет пар и колесико закрутится.

Модель паровой турбины в действии

Мы не делали ничего, чтобы гасить огонь - таблетки сухого спирта как раз хватает на то, чтобы налюбоваться вращением. Только будьте осторожны - помните, что в банке кипящая вода, а снизу открытый огонь! Используйте прихватки и подставку для горячего из невоспламеняющихся материалов.

Общий вид паровой турбины

А тут можно посмотреть еще всякие научно-технические самоделки, которые делал Витя сам или с помощью Антона: Макет космического аппарата,  Пищалка, Модель электрического мотора, Фонарик-пчелка, Прибор для проверки твердости руки, Радистский (телеграфный) ключ, Робот-мышь, Робот-паук, Водяная ракета, Светофор,  Перископ.

Другие исследовательские проекты, которые делали мои дети для конкурсов Малой академии наук тут:
Витя: "Исследование астероидов" (8 класс), "Сила воды" (7 класс), "Исследование конструктивных особенностей и технических характеристик космических кораблей и ракет-носителей" (6 класс), "Вкусовая карта языка" (4 класс),

Катя: "Изучение дождевого червя" (1 класс), "Интеллект хомяка" (2 класс), "Реконструкция моря мелового периода" (3 класс), "Караларский природный парк" (4 класс), "Наблюдение метеорного потока Геминиды" (4 класс), "Каменная карта звездного неба" (8 класс)