Детский конструктор - вентилятор с термоэлектрическим генератором

Всех приветствую.
Представляю вам очередной набор для сборки наглядного пособия по урокам физики, раздел электричество или просто макет вентилятора с термоэлектрическим генератором. Содержит электродвигатель, источник питания в виде элемента Пельтье. Это наглядное пособие показывает, как можно использовать альтернативные источники энергии, да и просто расширяет кругозор. Игрушкой назвать можно, но с оговоркой, потому что используется горячая вода. Итак, тем кто заинтересовался, прошу под кат.


Согласно википедии, элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).
Многие уже слышали о таких элементах, кто то уже использовал в своих целях. Наглядный пример применения элемента Пельтье — кулер с водой в офисе. Охлажденная вода получается как раз при помощи элемента Пельтье.
Но в нашем случае должно быть все наоборот. Мы должны получить электроэнергию из этого элемента.
В таком случае нам поможет эффект, обратный эффекту Пельтье, который называется эффектом Зеебека.
Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Эффект Зеебека также иногда называют просто термоэлектрическим эффектом.
По простому при нагревании или охлаждении одной из сторон элемента вырабатывается электроэнергия. Как раз данный конструктор призван использовать эффект Зеебека и собрав его мы получим термоэлектрический генератор.
Яркий пример термоэлектрического генератора получившего распространение в послевоенные годы — термогенератор ТГК-3:

Источник тепла и попутно света являлся обычной керосиновой лампой. Развитое оребрение давало максимально возможный перепад температур для генерации электроэнергии.
Более ранний вариант термогенератора ТГ-1 применялся в период Великой Отечественной войны с 1943 года в партизанских формированиях и являлся хорошим подспорьем батареям и генераторам на базе автомобилей.

С назначением и принципом работы мы ознакомились, теперь перейдем к нашему конструктору.


Вскрываем пакет:
Фанерное основание, несколько одинаковых брусков. Часть из них используется как ножки. Брусок для стойки. Полипропиленовая защелка для крепления электромотора. Сам электромотор и тюбик клея. В эту фотографию не попала емкость с крышкой для холодной воды. Об этом чуть позже.

Стакан с крышкой для горячей воды. Выполнен из алюминия, хорошо передает тепло. Размеры 60х60 мм. внутри стакана спрятали энергетическую установку набора — элемент Пельтье с установленным радиатором. Вместимость стакана не менее 100 миллилитров.





Источник электроэнергии — элемент Пельтье:
К сожалению маркировки какой либо нет, либо она была, но на другой стороне.

Элемент приклеен к радиатору размером 40х40х20 мм и имеет 11 ребер.
Кстати аналогичный радиатор можно добыть с моста (северного или южного) старенькой материнской платы.

Интересная деталь, ничего не напоминает?

Да, это держатель дюймовой полипропиленовой трубы. Впрочем с фиксацией электродвигателя справляется на ура.

Электродвигатель очень слабенький. Рабочее напряжение 5 Вольт.
100% такой же можно добыть разбирая старый CD-Rom в котором моторчик отвечает за перемещение лотка.

Вентилятор 3х лопастный, диаметр примерно 55 мм. Надевается напрямую на вал электродвигателя.
Почему то напомнило Карлсона, который живет на крыше.

Клей на этот раз действительно определяется как ПВА. Не замороженный. Склеивает хорошо и быстро.



Для запуска конструктора необходимо налить холодную воду в прозрачную емкость где то на 2/3, опустить радиатор ребрами вниз и установить сверху алюминиевый стаканчик в который уже наливаем горячую воду. Для лучшего наглядного эффекта лучше наливать кипяток. В любом случае, чем больше перепад температур, тем больше мощности генератор отдаст мотору и выше будут обороты вентилятора.

Ванночка зафиксирована на основании посредством клея ПВА. По инструкции надо было применить двухсторонний скотч. Но поскольку я обработал поверхность наждачной бумагой, то приклеилось просто замечательно. Необходимость в прижимающем бруске отсутствует.

Допустил небольшую ошибку при сборке. Винт задевал прямоугольный брусок. Пришлось немного выдвинуть моторчик вперед. Так же брусок можно было бы не устанавливать.


Пробуем. Не работает! Легкий толчок по лопасти и вентилятор стремительно набирает обороты.

Температура у нас составляет: 5 и 72 градуса по Цельсию соответственно.
При этом вольтметр показывает 0.8 Вольта. Это значение под нагрузкой в виде электродвигателя.

Тахометр зафиксировал максимальные обороты около 1400 в минуту.


Для лучшего контакта стаканчика с элементом Пельтье я применил теплопроводящую пасту, которую купил когда то на алиэкспресс.

С ее использованием подталкивать крыльчатку вентилятора не требуется. моторчик раскручивается сам.
Можно немного увеличить эффективность и выровнять дно стаканчика. Оно хоть и штампованное и на вид не мятое, но его поверхность можно улучшить с помощью мелкой наждачной бумаги и ровной поверхности.
Ура, теперь работает самостоятельно и с меньшим перепадом температуры!
Хотите большего?! Совершите обкатку моторчика, обороты немного прибавятся. Так же можно увеличить разницу температур.

В видео демонстрация собранного макета со всех сторон, а так же в рабочем состоянии.
Остальная часть видео начиная с 1:28 посвящена сборке.


Предостережение:
Ввиду использования горячей воды пробные включения крайне желательно проводить под контролем взрослых.
Стакан из алюминия — так же может быть горячим как и вода внутри. Либо обклеить самоклеящимся изоляционным материалом, либо брать в перчатках или плоскогубцами.
Мощность мотора слабая, поэтому если даст крыльчаткой по пальцам — то ничего страшного. Больно не будет.

Выводы:
Интересный, простой набор. Можно занять ребенка на вечер и расширить кругозор. Не все же в игрушки на телефоне играть.
Деревянные детали — качественно напилены. Заусенцев так же нет. Древесина — липа или осина.
Конструктор рассчитан на ребенка от начальных классов и выше. Точность и аккуратность сборки на итоговый результат не влияет.
Рекомендую применить паяльник для пайки проводов. Альтернатива — скрутка проводов.
Затруднения вызвала фиксация колонны на основании, либо надо дольше ждать пока клей схватится, либо использовать шуруп.

Платформа достаточно универсальная. Вместо элемента Пельтье можно применить например фотоэлементы или сделать обратимый вариант — Электродвигатель вырабатывает электроэнергию и питает например светодиод.
А можно и сделать кораблик применив корпус из пенопласта. Получится аэроглиссер. Как настольный вентилятор идея вряд ли осуществима.
Как вы заметили, много деталей можно добыть локально. Остается купить элемент Пельтье и сделать все своими руками.
На этом все. Спасибо за уделенное время.