Как сделать солнечную печь. Солнечная печь: современный и безопасный способ приготовления пищи

July 10th, 2017

Подобных сооружений на самом деле в мире насчитывается несколько. Давайте мы начнем с Solar Furnace in France, т.е с Франции.

Солнечная Печь во Франции предназначена для выработки и концентрации высоких температур, необходимых для различных процессов.

Это осуществляется посредством улавливания солнечных лучей и концентрирования их энергии в одном месте. Сооружение покрыто изогнутыми зеркалами, их сияние настолько велико, что смотреть на них бывает невозможно, до боли в глазах. В 1970 году было воздвигнуто это сооружение, в качестве самого подходящего места были выбраны Восточные Пиренеи. И до сегодняшнего дня Печь остается крупнейшей во всем мире.

На массив зеркал возложены функции параболического отражателя, а высокий температурный режим в самом фокусе может доходить до 3500 градусов. Причем и регулировать температуру можно с помощью изменения углов наклона зеркал.

Солнечная Печь, используя такой природный ресурс как солнечный свет, считается незаменимым способом для получения высоких температур. А они, в свою очередь, используются для разнообразных процессов. Так, производство водорода требует температуры в 1400 градусов. Тестовые режимы материалов, проводящиеся в высокотемпературных условиях, предусматривают температуру 2500 градусов. Так тестируются космические аппараты и атомные реакторы.

Так что Солнечная Печь - не просто удивительное здание, но и жизненно необходимое и эффективное, при этом оно считается экологичным и относительно дешёвым способом получить высокие температуры.

Массив зеркал действует в качестве параболического отражателя. Свет фокусируется в одном центре. И температура там может достигать температур, при которых можно плавить сталь.

Но температуру можно регулировать, устанавливая зеркала под разными углами.

Например, температура около 1400 градусов используется для производства водорода. Температура 2500 градусов - для тестирования материалов в экстремальных условиях. Например, так проверяют атомные реакторы и космические аппараты. А вот температура до 3500 градусов применяется для изготовления наноматериалов.

Солнечная Печь - недорогой, эффективный и экологичный способ получения высоких температур.

На юго-западе Франции замечательно приживается виноград и вызревают всевозможные фрукты — жарко! Кроме прочего, солнце здесь светит чуть не 300 дней в году, а по количеству ясных дней эти места уступают, пожалуй, только Лазурному берегу. Если же охарактеризовать долину около Одейо с точки зрения физики, то мощность светового излучения здесь составляет 800 ватт на 1 квадратный метр. Восемь мощных лампочек накаливания. Немного? Достаточно, чтобы кусочек базальта растекся лужицей!

— Солнечная печь в Одейо обладает мощностью 1 мегаватт, и для этого необходимо почти 3 тысячи метров зеркальной поверхности, — рассказывает Серж Шовин, смотритель местного музея солнечной энергии. — Причем собрать свет с такой большой поверхности нужно в фокусную точку диаметром со столовую тарелку.

Напротив параболического зеркала установлены гелиостаты — специальные зеркальные плиты. Их 63 штуки со 180 секциями. У каждого гелиостата своя «точка ответственности» — сектор параболы, на который отражается собранный свет. Уже на вогнутом зеркале лучи солнца собираются в точку фокуса — ту самую печь. В зависимости от интенсивности излучения (читай — ясности неба, времени суток и поры года) температуры можно достичь самые разные. В теории — до 3800 градусов по Цельсию, в реальности выходило до 3600.

— Вместе с движением солнца по небу двигаются и гелиостаты, — начинает свою экскурсию Серж Шовин. — Сзади у каждого установлен двигатель, а все вместе они управляются централизованно. Необязательно устанавливать их в идеальную позицию — в зависимости от задач лаборатории градус в точке фокуса можно варьировать.

Солнечную печь в Одейо начали строить в начале 60-х, а в строй ввели уже в 70-х. Долгое время она оставалась единственной в своем роде на планете, однако в 1987-м копию возвели неподалеку от Ташкента. Серж Шовин улыбается: «Да-да, именно копию».

Советская печь, к слову, тоже остается действующей. На ней, правда, проводят не только опыты, но и выполняют некоторые практические задачи. Правда, расположение печи не позволяет достичь таких же высоких температур, как во Франции — в точке фокуса узбекским ученым удается получить менее 3000 градусов.

Параболическое зеркало состоит из 9000 пластинок — фацетов. Каждая из них отполирована, имеет алюминиевое напыление и чуть вогнута для лучшей фокусировки. После постройки здания печи все фацеты были установлены и откалиброваны вручную — на это ушло три года!

Серж Шовин ведет нас на площадку неподалеку от здания печи. Вместе с нами — группа туристов, прибывших в Одейо на автобусе — поток любителей научной экзотики не иссякает. Музейный смотритель собрался наглядно продемонстрировать скрытый потенциал солнечной энергии.

— Мадам и месье, ваше внимание! — Серж хоть и выглядит скорее как ученый, больше похож на актера. — Свет, излучаемый нашей звездой, позволяет мгновенно нагревать материалы, воспламенять и плавить их.

Сотрудник солнечной печи поднимает обычную ветку и размещает ее в большом чане с зеркальной внутренней поверхностью. У Сержа Шовина уходит несколько секунд на поиск точки фокусировки, и палка моментально вспыхивает. Чудеса!

Пока французские бабушки и дедушки ахают и охают, музейщик переходит к отдельно стоящему гелиостату и двигает его ровно так, чтобы отраженные лучи попали в уменьшенную копию параболического зеркала, установленного тут же. Это еще один наглядный эксперимент, показывающий возможности солнца.

— Мадам и месье, сейчас мы будем плавить металл!

Серж Шовин устанавливает в держатель кусочек железа, двигает тисками в поиске точки фокуса и, найдя ее, отходит на небольшое расстояние.

Солнце быстро делает свое дело.

Кусочек железа моментально нагревается, начинает дымить и даже искрить, поддаваясь жарким лучам. Буквально за 10—15 секунд в нем прожигается дырочка размером с монету в 10 евроцентов.

— Вуаля! — ликует Серж.

Пока мы возвращаемся в здание музея, а французские туристы рассаживаются в кинозале для просмотра научного фильма о работе солнечной печи и лаборатории, смотритель рассказывает нам любопытные вещи.

— Чаще всего люди спрашивают, зачем все это нужно, — разводит руками Серж Шовин. — С точки зрения науки возможности солнечной энергии изучены, применены где это возможно в быту. Но существуют задачи, которые по своему масштабу и сложности исполнения требуют установок, подобных этой. Например, как нам смоделировать воздействие солнца на обшивку космического корабля? Или нагрев спускаемой капсулы, возвращающейся с орбиты на Землю?

В специальной тугоплавкой емкости, установленной в точке фокуса солнечной печи, можно воссоздать такие, без преувеличения, неземные условия. Подсчитано, например, что элемент обшивки должен выдерживать температуру в 2500 градусов по Цельсию — и опытным путем это можно проверить здесь, в Одейо.

Смотритель ведет нас по музею, где установлены различные экспонаты — участники многочисленных экспериментов, проведенных в печи. Наше внимание привлекает тормозной карбоновый диск…

— О, эта штука от колеса болида Формулы-1, — кивает Серж. — Ее нагрев в некоторых условиях сопоставим с тем, что мы можем воспроизвести в лаборатории.

Как уже говорилось выше, температурой в точке фокуса можно управлять при помощи гелиостатов. В зависимости от проводимых опытов она варьируется от 1400 до 3500 градусов. Нижний предел необходим для производства водорода в лаборатории, диапазон от 2200 до 3000 — для тестирования различных материалов в условиях экстремального нагрева. Наконец, выше 3000 — область работы с наноматериалами, керамикой и созданием новых материалов.

— Печь в Одейо не выполняет практических задач, — продолжает Серж Шовин. — В отличие от узбекских коллег, мы не зависим от собственной хозяйственной деятельности и занимаемся исключительно наукой. Среди наших заказчиков не только ученые, но и самые разные ведомства, например оборонное.

Мы как раз останавливаемся у керамической капсулы, которая оказывается корпусом корабля-беспилотника.

— Военное министерство построило солнечную печь меньшего диаметра для собственных практических нужд здесь же, в долине у Одейо, — говорит Серж. — Ее можно увидеть с некоторых участков горной дороги. Но за научными экспериментами они все равно обращаются к нам.

Смотритель объясняет, в чем преимущество солнечной энергии перед любой другой в ходе выполнения научных задач.

— Во-первых, солнце светит бесплатно, — загибает он пальцы. — Во-вторых, горный воздух способствует проведению опытов в «чистом» виде — без примесей. В-третьих, солнечный свет позволяет нагревать материалы значительно быстрее, чем любые другие установки, — для некоторых экспериментов это крайне важно.

Любопытно, что печь может работать практически круглый год. По словам Сержа Шовина, оптимальным месяцем для проведения экспериментов является апрель.

— Но если нужно, кусочек металла для туристов солнце расплавит хоть в январе, — улыбается смотритель. — Главное, чтобы небо было ясным и безоблачным.

Одним из неоспоримых преимуществ самого существования этой уникальной лаборатории является полная ее открытость для туристов. Ежегодно сюда приезжает до 80 тысяч человек, и это делает для популяризации науки среди взрослых и детей намного больше, чем школа или университет.

Фон-Ромё-Одейо — типичный пасторальный французский городок. Его главное отличие от тысяч таких же — сосуществование таинства бытовой жизни и науки. На фоне 54-метровой зеркальной параболы — горные молочные коровы. И постоянное жаркое солнце.

Теперь перейдем у другому сооружению.

В сорока пяти километрах от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня на высоте 1050 метров над уровнем моря находится уникальное сооружение — так называемая Большая Солнечная Печь (БСП) мощностью в тысячу киловатт. Она расположена на территории Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Таких печей в мире всего две, вторая находится во Франции.

БСП была запущена в эксплуатацию еще при Союзе в 1987 году, — рассказывает ученый секретарь Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» кандидат технических наук Мирзасултан Маматкасымов. — Для сохранения этого уникального объекта из госбюджета выделяются достаточные средства. Две лаборатории института расположены у нас, четыре — в Ташкенте, где находится основная научная база, на которой осуществляется изучение химических и физических свойств новых материалов. У нас же производится процесс их синтеза. Мы экспериментируем с этими материалами, наблюдая за процессом плавки при различных температурах.

БСП представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления. Комплекс состоит из гелиостатного поля, расположенного на склоне горы и направляющего солнечные лучи в параболоидный концентратор, который представляет собой гигантское вогнутое зеркало. В фокусе этого зеркала создается высочайшая температура — 3000 градусов по Цельсию!

Гелиостатное поле состоит из шестидесяти двух гелиостатов, расположенных в шахматном порядке. Они обеспечивают зеркальную поверхность концентратора световым потоком в режиме непрерывного слежения за Солнцем в течение всего дня. Каждый гелиостат размером семь с половиной на шесть с половиной метров состоит из 195 плоских зеркальных элементов, называемых «фацетами». Отражающая площадь гелиостатного поля равна 3022 квадратных метров.

Концентратор, на который гелиостаты направляют солнечные лучи, представляет собой циклопическое сооружение высотой сорок пять метров и шириной пятьдесят четыре метра.

Следует отметить, что преимущество солнечных печей, по сравнению с печами других типов, состоит в мгновенном достижении высокой температуры, позволяющей получать чистые материалы без примесей (благодаря также чистоте горного воздуха). Используются они для нефтегазовой, текстильной и ряда других промышленностей.

Зеркала имеют определенный срок эксплуатации и рано или поздно выходят из строя. В наших цехах мы изготавливаем новые зеркала, которые устанавливаем взамен старых. Их только в концентраторе 10700, а в гелиостатах 12090 штук. Процесс изготовления зеркал происходит в вакуумных установках, где на поверхность отработанных зеркал напыляется алюминий.

Фергана.Ру: - Как вы решаете проблему поиска специалистов, ведь после развала Союза происходил их отток за рубеж?

Мирзасултан Маматкасымов: - В момент запуска установки в 1987 году здесь работали специалисты из России, Украины, которые обучали наших. Благодаря нашему опыту теперь мы имеем возможность готовить специалистов в этой области самостоятельно. Молодежь приходит к нам с физического факультета Национального университета Узбекистана. Сам я после окончания университета работаю здесь с 1991 года.

Фергана.Ру: - Когда взираешь на это грандиозное сооружение, на ажурные металлические конструкции, как бы парящие в воздухе и при этом поддерживающие «броню» концентратора, в памяти всплывают кадры научно-фантастических фильмов…

Мирзасултан Маматкасымов: - Ну, на моем веку снимать научную фантастику, используя эти уникальные «декорации», здесь пока никто не пытался. Правда, приезжали звезды узбекской эстрады, чтобы снимать свои клипы.

Мирзасултан Маматкасымов: - Сегодня мы будем плавить брикеты, спрессованные из порошкообразного оксида алюминия, температура плавления которого составляет 2500 градусов по Цельсию. В процессе плавки материал стекает с наклонной плоскости и капает в специальный поддон, где образуются гранулы. Их отправляют в керамический цех, расположенный неподалеку от БСП, где измельчают и применяют для изготовления различных керамических изделий, начиная от мелких нитеводителей для текстильной промышленности и заканчивая полыми керамическими шарами, внешне напоминающими бильярдные. Шары используются в нефтегазовой промышленности в качестве поплавков. При этом с поверхности нефтепродуктов, хранящихся в больших емкостях на нефтебазах, испарение уменьшается на 15-20 процентов. За последние годы мы изготовили около шестисот тысяч таких поплавков.

Для электротехнической промышленности мы изготавливаем изоляторы и другие изделия. Они отличаются повышенной износостойкостью и прочностью. Кроме оксида алюминия мы также используем более тугоплавкий материал — оксид циркония с температурой плавления 2700 градусов по Цельсию.

Контроль за процессом плавки осуществляется так называемой «системой технического зрения», которая оснащена двумя специальными телекамерами. Одна из них непосредственно передает изображение на отдельный монитор, другая — на компьютер. Система позволяет как наблюдать за процессом плавки, так и проводить различные измерения.

Следует добавить, что БСП используют и как универсальный астрофизический инструмент, открывающий возможности проведения исследований звездного неба в ночное время.

Кроме вышеперечисленных работ в институте большое внимание уделяется изготовлению медицинского оборудования на базе функциональной керамики (стерилизаторы), абразивных инструментов, сушилок и многого другого. Такое оборудование успешно внедрено в медицинские учреждения нашей республики, а также в аналогичные учреждения Малайзии, Германии, Грузии и России.

Параллельно в институте были разработаны солнечные установки малой мощности. Так, например, учеными института созданы солнечные печи мощностью полтора киловатт, которые были установлены на территории Таббинского института металлургии (Египет) и в Международном металлургическом центре в Хайдарабаде (Индия).

Еще издавна было замечено нашими предками, что в жаркий знойный день солнце вокруг все так прогревает, что например на камнях не составит особого труда пожарить яичницу. Таким образом приручив Солнце, люди пошли дальше, и изобрели солнечную печь , которая стала гораздо эффективнее и функциональнее раскаленных камней. Солнечная печь уже давно применяется людьми для приготовления пищи в экваториальных странах с жарким климатом, и можно сказать, что если вы там путешествуете, такая печка может пригодиться.

Солнечные печи могут иметь самый различный вид. Они встречаются разные по размерам - небольшие печи в виде ящиков или коробок и печи размером со шкафы или большие агрегаты с дополнительной системой линз, которые концентрируют солнечные лучи.

Простая самодельная солнечная печка

Несмотря на разнообразие солнечных печей, действуют все они одинаково – готовят или разогревают еду. А способствует этому солнце. Самым же простым вариантом солнечной печи является обычная коробка. Такая коробка изнутри обклеивается фольгой, чтобы отражать солнечные лучи. В коробку помещается кастрюлька обязательно черного цвета, чтобы поглощать энергию, отраженную фольгой и прямых солнечных лучей. Солнечная печка накрывается стеклянной крышкой. Через нее лучи просачиваются в конструкцию, а при помощи изоляции там задерживаются. Края крышки коробки направляются таким образом, чтобы отражать как можно больше солнечных лучей на кастрюльку. Лучше печь по такому проекту делать из металла.

Для того, чтобы печь эффективно готовила пищу, стоит и посуду для этого выбирать в черных тонах. Иначе все тепло будет отталкиваться от светлых стенок посуды. В печи будет собираться больше тепла, если ее корпус покрывается изоляцией. Учитывая все правила можно сконструировать печи, которая будет нагреваться до девяноста градусов. А этого вполне довольно для готовки. Конечно, замысловатое блюдо на таком устройстве варить не стоит, а вот что-либо разморозить или разогреть можно запросто.

Конструкция самодельной солнечной печи

Еще одна конструкция солнечной печки, которую тоже легко изготовить из подножного хлама.

Вырезаем по схеме из любой коробки подходящего размера. Подойдет коробка из под микроволновки или маленького телевизора. Обклеиваем полученную конструкцию фольгой. Если в экстремальных условиях будут трудности с фольгой, используйте другие предметы отражающие солнечные лучи. Далее из подножного хлама делается подставка под кастрюльку или другую банку для еды. Банка или кастрюлька должна быть черного цвета. Кастрюльку запихиваем в прозрачный целлофановый пакет, который герметично завязываем. Он будет сохранять тепло в кастрюле. Такая печь очень легка и может спокойно носиться с собой.

Несомненным плюсом солнечных печей может считаться их компактность. Установив на солнце такую печку, разогреть получиться сразу несколько посудин. А из всей энергии потребуется только солнечное тепло. Причем печка будет согреваться не обязательно под прямым солнечным потоком, иногда хватает и рассеянного света.

Недостаток солнечной печи в том, что разогреть пищу, когда скроется солнце, невозможно. А днем любое блюдо будет вариться долго - несколько часов. Если вы любитель жареных блюд, тогда солнечная печка не для вас. В наших широтах солнечная печь, конечно, далеко не каждый день будет работать. :-)

Солнечные печки могут иметь и более мощную систему нагрева. Это получается в том случае, когда применяются зеркала или другие приспособления, например линзы, концентрирующие солнечные лучи. Причем температура в таких печах настолько высока, что получатся даже пироги, а вода с легкостью закипает.

Солнечные печи дешевы и просты в изготовлении. Они состоят из просторной хорошо тепло изолированной коробки, выстеленной отражающим свет материалом (например, фольгой), накрытой стеклом и оборудованной внешним отражателем. Кастрюля черного цвета служит поглотителем, нагреваясь быстрее, чем обычная посуда из алюминия или нержавеющей стали. Солнечные печи можно использовать для обеззараживания воды, если доводить ее до кипения. Даже если не доводить, а открыть крышку кастрюли с водой, лучше если кастрюля внутри тоже будет черной. Солнечные лучи сами по себе способны убивать микроорганизмы, но качество такого обеззараживания хуже, чем кипячение.

Тепловая мощность солнечной печи

Тепловая мощность солнечной печи определяется количеством солнечной радиации, рабочей поглощающей поверхностью печи (обычно между 0,25 м2 и 2 м2) и ее термическим КПД (обычно 20-50%). В таблице сравниваются типичные значения площади, эффективности и мощности для ящичной печи и печи-отражателя.

Как правило, печи-рефлекторы имеют гораздо большую рабочую поверхность, чем ящичные. Следовательно, они намного мощнее, на них можно кипятить больше воды, готовить больше еды, или обрабатывать сопоставимые количества за меньший промежуток времени. Но их тепловая эффективность ниже, потому что посуда остывает под воздействием атмосферы.

Около полудня, когда суммарная солнечная освещенность достигает 1000 Вт/м2, вполне можно рассчитывать на тепловую мощность в 50-350 Вт, в зависимости от типа и размера плиты. Количество излучения утром и в дневные часы, естественно, ниже и не может полностью компенсироваться системой слежения за Солнцем.

Для сравнения: сжигание 1 кг сухой древесины производит приблизительно 5000 Вт, помноженные на термический КПД плиты (15 % для примитивного очага и 25-30 % для улучшенной кухонной плиты, используемой в развивающихся странах). Тепловая мощность, фактически достигающая посуды, составляет, таким образом, 750-1500 Вт.

Количество солнечной радиации резко снижается при облачности и в сезон дождей.

В условиях нехватки прямого излучения солнечная печь непригодна ни для чего, кроме хранения готовой еды в теплом виде - но это тоже бывает очень важно. Слабым местом солнечных печей (независимо от их типа) является то, что в облачные и дождливые дни (2-4 месяца в год для большинства развивающихся стран) пищу приходится готовить при помощи обычных средств: на дровах, газовой или керосиновой горелке. Но всё-таки это значительно меньше полугода!

III-я Всероссийская очная ученическая конференция “Эйдос. Образование», Санкт Петербург, 24-26 марта 2016г

I II Всероссийская очная ученическая конференция

«Эйдос. Образование»

Тип работы: исследовательская работа по естествознанию

Борголов Юра, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский

Кондратьев Дима, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский

Степанов Паша, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский, e-mail:

Руководитель : Хунгуреева Людмила Григорьевна, учитель физики, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский, e - mail :

Web -адрес, по которому размещена работа:

Почему я выбрала эту тему:

В начале учебного года, слушая рассказ классного руководителя об отдыхе в Летнем палаточном эколого-туристическом лагере Зурбагане, мы узнали, что в лагере нет электричества. А когда наступил День Рождения одного из отдыхающих, то два дня всем народом пекли торт из хатамал (сушенные лепешки) с помощью солнечной энергии. Поэтому мы выбрали тему: можно ли быстрее испечь торт в экстремальных полевых условиях. Главная идея нашей темы – конструирование солнечной печи, исследование его возможностей. Наша печь предназначена для лагеря, не только для э кономии дров, но и для снижения нагрузки на окружающую среду, связанную с выбросами вредных продуктов сгорания.

Цель:

Исследование самостоятельно изготовленной солнечной печи

Задачи:

Изучить способы использования энергии Солнца

Построить две модели солнечных печей

Исследовать энергоэффективность данных моделей

Проблема

С
егодня, гелиоэнергетика набирает быстрые темпы. Солнце - общедоступный и практически неисчерпаемый источник энергии. В поисках материалов об использовании энергии солнца, мы узнали, что энергия, ежедневно поступающая с солнечными лучами, составляет более 18 трлн.кВт. Этого достаточно для всего человечества, но пока что нет эффективных технологий добычи этой энергии.

Методы

теоретический анализ и синтез;

конкретизация и аналогия

моделирование, классификация

обобщение, наблюдение

эксперимент

Объект исследования

Энергия Солнца, энергосбережение электрической энергии

Предмет исследования

Самостоятельно изготовленные солнечные печи двух типов.

План работы:

Собрали информацию по данному вопросу;

Изучили объекты исследования;

Выпустили буклет;

Провели презентацию буклета.

Провели исследования

Сделали вывод

Результаты исследования

Все гениальное просто: солнечная печь.

Как известно, поток тепла, что посылает нам солнце, весьма велик, даже в средней полосе летом он легко достигает одного киловатта на квадратный метр. Киловатт – это примерно, как конфорка электропечи. И грех пропадать без дела такому количеству энергии. Мы рассмотрели виды солнечных печей, изучили конструкцию каждого из них.

Существуют в настоящее время три типа конструкции солнечных печей:

Панельные к омбинированные

Буклет

Вырезаем по схеме из любой коробки подходящего размера. Обклеиваем полученную конструкцию фольгой. Банка или кастрюлька должна быть чёрного цвета. Кастрюльку запихиваем в прозрачный целлофановый пакет, который герметично завязываем. Он будет сохранять тепло в кастрюле. Такая печь очень легка и может спокойно носиться с собой.

Несомненным плюсом этой печи является его компактность.

Коробочные

буклет

Представляют собой теплоизолированную коробку, чаще всего из обычного картона металла или дерева, верх которой покрыт прозрачным стеклом. К такой коробке для увеличения сбора тепла часто добавляют один или несколько зеркал-отражателей. Такие нагреватели используются в основном для относительно медленного приготовления больших объёмов пищи.

с зеркалом концентратом

буклет

Эти плиты представляют собой обычное вогнутое зеркало, собирающее лучи в своём фокусе. Совсем необязательно добиваться идеальной геометрии такого зеркала, т.к. в фокусе обычно расположена весьма большая по площади кастрюля.

Из таблицы видно, что печи с зеркалом концентратом очень трудоёмкие. Поэтому мы решили смастерить панельную комбинированную и коробочную.

Комбинированная печь нам далась легко: по схеме из картона вырезали печь подходящего размера. Обклеили полученную конструкцию фольгой.

Для того чтобы смастерить коробочную печь своими руками нам понадобилось:

Лист фанеры толщиной 3мм.

Лист кровельного или оцинкованного железа толщиной 0,5мм

Брус 4х4

Доски толщиной 2см, суммарной длиной 4м.

Штапик фиксации стекла

Зеркало

Краска чёрного цвета

Два стекла 50х50 см

Ручки

Процесс изготовления печи

С помощью пап мы вырезали четыре стойки из бруса (2 задние равны 52,6см и 2 передние – 26,7см), на которых будет держаться печь с помощью шурупов или гвоздей. Из фанеры (1,5х1,5 м) вырезаем несущие стенки каркаса, нижняя часть (60,5х67,5см) и собрали вот такой каркас:

Следующий этап – изготовление рамы из 4 досок шириной 6 см и длиной 54,9 см, которые склеиваем между собой, а также внутри рамки крепим рейку. В дальнейшем туда вставляем два стекла для термоизоляции печи.

Саму раму фиксируем на несущей раме, которая прикреплена на стойках.

П
осле того как, несущая рама закреплена, изготавливаем специальный короб по периметру, в которой будет находиться основная рама. Основная рама будет подвижной.

Затем ножницами по металлу вырезаем металлическую часть, где будет происходить нагрев. По бокам делаем надрезы, производим загиб, и лист вставляем внутрь будущей печки и закрепляем.

Вставка листа солнечной печи. Вырезаем стекло, которое крепиться к раме с помощью герметика. С помощью бруска, на котором будет крепиться петля, устанавливаем крышку, на которой будут зафиксированы зеркала с помощью клея. Затем крепим ручки.

После первой части исследования для эффективности металлическую часть покрасили в чёрный цвет.

На элективном курсе мы узнали, что принцип работы солнечной печи, как и солнечного коллектора основан на парниковом эффекте. Солнечные лучи проникают сквозь стекло, и нагревают чёрную поверхность внутренней части печи, таким образом происходит нагрев. Поскольку внутренняя часть герметична а стекло препятствует выходу тепла, то температура внутри печи повышается до тех пор пока излучение и приток энергии уравновешивают друг друга. Таким образом, температура в печи может достигать 120-150 градусов. Этого достаточно чтобы приготовить кашу, испечь торт, сварить яиц, сосиски. Но зимой и весной мы солнечную печь хотим использовать в роли водонагревателя.

2. Перед каждым участником проекта была поставлена индивидуальная цель, а именно: исследовать зависимость температуры в моделях по таянию льда в разных экспериментальных посудах. В течение месяца измеряли температуру в моделях солнечной печи. Наблюдали и фиксировали время таяния льда в экспериментальных посудах.

3. Провели среднеарифметические расчёты и оформили полученные результаты в виде таблицы и диаграммы. И на основе полученных результатов, предложили мероприятия направленные на эффективное использование солнечной тепловой энергии.

Цель исследования - где и в какой посуде можно быстрее вскипятить воду или испечь торт. Для этого мы кубики льда из холодильника положили в экспериментальные посуды и зафиксировали температуру, время их таяния:

Экспериментальная посуда

Время t , мин

на солнце

солнечная печь из картона

солнечная коробочная печь

Железная

4.32

5.40

3.10

Стеклянная

22.20

15.02

7.12

Керамическая

10.48

14.31

14.12

Деревянная

23.20

23.45

Температура, ° С

Вывод : энергоэффективной конструкцией является солнечная коробочная печь, так как из таблицы видно, что в ней температура выше. Быстрее растаял лёд в металлической посуде. Потому что металл хороший проводник тепла.

Продолжаем исследования в коробочной печи с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом и накрытым пластиком:

Деревянная печь

с металлическим коробом и накрытая пластиком

Деревянная печь с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом

Деревянная печь с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом и накрытая пластиком

Железная

2.56

2.55

2.49

2.45

Стеклянная

3.16

3.12

3.11

Керамическая

4.12

4.10

4.17

4.15

Деревянная

6.23

7.00

6.56

Вывод : в коробочной деревянной печи с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом и накрытым пластиком температура выше. Быстрее растаял лёд в металлической посуде.

Солнечные печи несомненно дают экономию электрической энергии, а это значит, экономию бюджета семьи. Однако, мы думаем, чтобы успешно работать над проблемой энергосбережения, необходима не только материально-техническая база, интеллектуальные ресурсы, но и желание этим заниматься. А для этого необходимо информировать население, в частности, наших родителей, соседей, одноклассников о состоянии энергоресурсов у нас в посёлке, области, стране. Для этой цели мы выпустили агитационный буклет о солнечных печах.

Природа даёт нам неприхотливый способ добычи бесплатной солнечной энергии. Ведь все гениальное просто. Увы, мы им почти не пользуемся. Остаётся только надеяться, что в дальнейшем использование энергии солнца все-таки начнётся повсюду.

Ресурсы:

Перышкин А.В., физика 7 кл.:- М.: Дрофа, 2015 г.

Лукашик В.И., Иванова Е.В., сборник задач по физике для 7-9 кл, М.: «Просвещение», 2003

Главные выводы работы, ее назначение и применение.

Около 35% всей электроэнергии в мире используется для бытовых домашних нужд. Но нужно ли нам так много энергии? Возможно, ли использовать её более рационально? Мы призадумались, сколько энергии действительно нужно человеку для жизнеобеспечения, а сколько тратится впустую. Ведь за наш комфорт приходится платить гибелью лесов, затоплением городов! Использование энергии солнца имеет ряд неоценимых преимуществ:

1. Неограниченный процесс использования во времени.

В отличие от нефти, природного газа и угля, запасы, которых будут исчерпаны в

ближайшие десятилетия или столетия, солнце будет светить ещё миллиарды лет. 2.Возобновляемость. 3.Глобальная доступность.

Солнце светит на всем земном шаре

4..Солнечные печи обеспечивают экономию денежных средств.

5.Экологичность.

Экономия дров, газа и других энергоносителей позволят существенно снизить нагрузку на окружающую среду, связанную с выбросами вредных продуктов сгорания. Их экологическая чистота не вызывает сомнений.

Все эти достоинства должны стать причиной бурного роста солнечной энергетики во всем мире.

Рефлексия.

В ходе выполнения проекта мы посетили музей в г. Иркутске «Байкальская Экологическая Волна», центр народных художественных промыслов, искали материал в библиотеке, на сайтах в интернете. Было очень интересно узнавать все новое и новое по физике, искать ответы на свои вопросы, беседовать с увлекающимися людьми. И не было концам восторга, когда смастерили своими руками печи. А эксперименты с печами…Сначала мы не верили результатам, а когда смогли объяснить с точки зрения физики, то почувствовали успех. Мы думаем, что у нас очень хорошо получилось всё. Проблемы и трудности возникали, как без них, но они были преодолены.

Самооценка :

Мы начали работу над своим проектом в международный год света и световых технологий. Цели, которые мы поставили перед собой, постарались выполнить. С нетерпением ждём лета. Хотим провести серьёзные исследования с нашими моделями. И очень надеемся, что наши исследования принесут пользу не только нам, но всем кто заинтересовался нашей работой в ходе исследования, но и всем кто заинтересуется, познакомившись с нашим проектом. И темой нашего следующего проекта будет «Использование солнечных батарей».

Использование природных источников энергии становится все более популярным. Собранная своими руками солнечная печь – дешевый и удобный вариант приготовления пищи на свежем воздухе.

Солнечная печь заменяет такие источники энергии, как газ, электричество. Эта печь неприменима в условиях квартиры, но для хозяев частных домов, сельских жителей это достаточно удобный бесплатный источник энергии. Использовать солнечную печь можно только в солнечную погоду. Для умеренного климата это возможно 4-5 месяцев в году.

В продаже можно встретить готовые солнечные печи. Их цена достаточно высока. Печь, работающую от энергии солнца, можно изготовить собственными силами. Для этого не потребуются специальные знания или дорогостоящие материалы. Изготовленные своими руками солнечные печи не требуют больших вложений. Самые простые модели можно сделать из подручных материалов бесплатно или с минимальными тратами.

Варианты солнечных печей

Существует множество вариантов исполнения солнечных печей, различающихся материалами, из которых они изготовлены, формой, размерами. Солнечную печь можно изготовить, например, из следующих материалов:

Из картона и фольги (алюминиевой).
Из деревянных брусьев, досок, фольги, зеркал.
Из дерева, листов алюминия, жести и зеркал.
Из глины, дерева, алюминиевых листов, стекла.

Форма печи зависит от предпочтений и фантазии изготовителя. Самыми распространенными являются печи двух форм:

1. В форме тарелки – вогнутая поверхность, оптический концентратор. Можно использовать старую параболическую тарелку-антенну, а можно изготовить тарелку, например, из картона. Поверхность тарелки должна быть зеркальной. Такой вид печи позволяет достичь большой температуры в месте установки кастрюли. Она подходит для приготовления небольшого объема пищи за короткое время.

Конструкция тарелки имеет недостатки. В процессе приготовления нужно следить за положением солнца, поворачивать конструкцию в сторону солнца примерно два раза в час. При несоблюдении мер предосторожности можно получить серьезные ожоги рук, глаз.

2. В форме шкафа. Все стены шкафа делают зеркальными (обивают алюминием, фольгой, зеркальной пленкой), бока шкафа утепляют для уменьшения теплопотерь.

Печи-тарелки

При изготовлении печи из готовой тарелки ее внутреннюю поверхность необходимо оклеить зеркальной пленкой или зеркалами. Такая поверхность концентрирует солнечные лучи в центре. Кастрюля должна быть помещена именно в центре, в самом жарком месте.

Чтобы можно было поставить кастрюлю, нужно изготовить рамку-подставку под нее. Обычно рамку делают из металлических прутьев. Она может стоять отдельно от тарелки, над ней, или крепится к антенне по краям.

Самым дешевым вариантом изготовления печи-тарелки является использование картона и фольги. Из картона вырезают лепестки, пример показан на рисунке.

Скрепляют их между собой в три этапа: сначала самые широкие и длинные части, затем средние более узкие и в конце самые маленькие, образующие кольцо. Кольцо закрепляется через отверстия проволокой, веревкой.

Внутреннюю поверхность конструкции обклеивают фольгой. Делают подставку для посуды. Для этого можно проделать в печи 4 отверстия, вставить в них металлические прутья, затем к их концам крепятся проволокой еще 2 прута. Важно убедиться в прочности креплений, чтобы прутья не выскочили, можно укрепить их, например, резинками или проволокой в месте прохождения через картон.

Печи-шкафы

Изготовление самого простого варианта печи из панелей стоит около 2 долларов. Из картона вырезают выкройку будущей печи, собирают конструкцию. На внутреннюю поверхность наклеивают алюминиевую фольгу. Кастрюля помещается внутрь, окружена зеркальными поверхностями, концентрирующими солнечное тепло. Для снижения потерь тепла кастрюлю нужно изолировать. Самый простой вариант – поместить ее в полиэтиленовый пакет.

Более надежный, мощный и долговечный вариант солнечной печи – большая солнечная печь с деревянным каркасом. Основа каркаса – 4 бруса, к которым крепятся стенки и дно печи. Передние брусья должны быть короче задних. Длина брусьев больше высоты стенок, нижняя часть брусьев служит ножками печи.

Внутрь деревянного каркаса вставляется металлический той же формы, изготовленный из листов металла. Для усиления нагрева металл можно покрасить в черный цвет, так он будет быстрее нагреваться на солнце. Сверху к печи крепится рама и открывающаяся крышка со стеклом. Стекло к раме крышки крепится герметиком, крышка к печи – петлями. Можно утеплить печь, уложив между деревянным и металлическим каркасами слой изолирующего материала.

Любой вариант солнечной печи имеет общий недостаток: ограниченность использования. Готовить в такой печи можно только в теплую солнечную погоду и в светлое время дня. Но в любом случае это необычный и экономный способ приготовления пищи.

Вряд ли сейчас можно кого-то удивить тем, как солнечная энергия работает на Земле. Солнце снабжает нас электричеством, отапливает наши дома, дает жизнь нашим электронным устройствам. И чем дальше, тем больше солнечная энергетика входит в повседневную жизнь, завоевывая все новые и новые позиции.

И никого сейчас не удивить наручными часами на солнечных батареях, калькуляторами, фонариками, приемниками, мобильными телефонами, работающими от солнечных батарей. В походах, на отдыхе, на даче солнечные батареи – незаменимая вещь. Сейчас строятся дачные дома, коттеджи, которые полностью находятся на «солнечном обеспечении» и не зависят от общих сетей энергоносителей.

Загородный дом с солнечным отоплением и электричеством

Солнце дает в эти дома электричество, солнце отапливает их, освещает сад возле дома, улицу. Этого электричества достаточно для того, чтобы работали все бытовые приборы в доме – холодильник, телевизор, пылесос, стиральная машина, электропечь. Но это в доме. А что же за пределами дома, на свежем воздухе? В летнее время гораздо приятнее трапезничать на веранде, в беседке. Можно, конечно, приготовить еду в доме. А потом носить ее к столу. А можно рядом с верандой, беседкой поставить солнечную печь и приготовить все на месте. И, что называется, с пылу, с жару – прямо на стол.

Солнечная печь на дачном участке

Солнечная печь тем и хороша, что не занимает много места, легко собирается и устанавливается. Она не требует никого топлива, не загрязняет окружающую среду, после использования легко складывается. Это незаменимая вещь для дачи, для выезда за город на пикник, для походов. Эти печи могут быть разных размеров, разных конструкций, складные и стационарные, но принцип у них всегда один – собрать солнечные лучи в пучок и направить их туда, где будет стоять емкость, в которой готовится пища. А уж как используется этот пучок солнечной энергии, во многом зависит от конструкции печи.

Что же это такое – солнечная печь?

Еще в 1956 году в СССР появилась первая солнечная печь. Параболическое зеркало фокусировало лучи солнца на специальную подставку, на которой был установлен сосуд с водой. Через короткий промежуток времени вода закипела. Журналисты сфотографировали это чудо техники во всех ракурсах, в прессе появилось несколько коротких заметок, и на этом дело закончилось. От промышленного производства подобных устройств тогда отказались.

Но народные умельцы, в отличие от промышленности, приняли новинку с энтузиазмом. Ее начали модернизировать, появились новые конструктивные решения, множество самодельных устройств. Это были и уже проверенные параболические зеркала, но с поворотными механизмами, которые позволяли поворачивать зеркало вслед за солнцем, не меняя места расположения емкости для приготовления пищи. Это были и солнечные духовки, сделанные из подручных материалов – дерева, картона, жести. Были и более сложные конструкции, сочетающие в себе традиционный зеркальный концентратор и духовку.

Солнечная духовка

Все эти устройства были легкими, компактными, их было легко собирать и разбирать. Они занимали очень мало места в рюкзаках и не требовали никакого топлива. Поэтому так охотно их брали с собой в походы, на различные загородные пикники. После их использования не оставалось ни золы, ни углей – ничего. И готовить на этих печах можно было все, что угодно. От простого кипятка, до ухи, шашлыков, барбекю.

Солнечная печь своими руками

Сделать самому солнечную печь не представляет никакого особого труда. Обычно, приступая к изготовлению, руководствуются только тем, для чего, собственно, сооружается эта конструкция. А вопрос о том, как сделать солнечную печь, вообще не стоит. Если речь идет об установке такой печи на даче, в уютном местечке возле загородного дома, то здесь можно подумать о сооружении основательной, стационарной конструкции. Для пешего похода можно использовать легкую разборную конструкцию. Несколько более сложную, но тоже сборно-разборную установку можно сделать, если планируется выезд на машинах за город, на пикник.

Самую простейшую солнечную печь народные умельцы собирают из зонтика. На раскрытый зонтик с внутренней стороны наклеивается зеркальная пленка или просто алюминиевая фольга. Ручку зонтика желательно убрать. И печь готова.

Остается только в землю воткнуть подставку для котелка, чайника, кастрюли, рядом зафиксировать импровизированное зеркало, сфокусировать пучок света на том месте, где будет находиться емкость с приготовляемой едой. И печь готова. Некоторые мастера покрывают внутреннюю поверхность зонтика мозаикой из зеркал. Но это намного утяжеляет конструкцию, делает ее практически неразборной или одноразовой.

Солнечная печь из зонтика

Для конструкции посложнее понадобится не очень большая картонная коробка (примерно до полуметра каждая сторона), четыре деревянных бруска, равных по длине высоте коробки, сечением 25х25 мм, стекло, имеющее размеры, равные сторонам коробки.

Также нужна будет термостойкая черная краска (обязательно нетоксичная!), несколько кирпичей (сколько поместится на дно коробки), зеркальная пленка или алюминиевая фольга. Коробку изнутри покрасить черной краской. Этой же краской выкрасить и кирпичи. Можно покрасить в два слоя.

Выдержать некоторое время, чтобы краска хорошо просохла и из коробки выветрился бы ее запах. На четыре верхних крыла коробки наклеить зеркальную пленку или фольгу. По углам коробки укрепить деревянные бруски. На них будет держаться стекло. Уложить на дно коробки кирпичи. Теперь остается поставить ее на место, максимально освещаемое солнцем. Печь готова к работе.

Солнечная печь из картонных коробок

На кирпичи можно ставить кастрюлю, чайник, сковороду. Сориентировать зеркальные покрытия коробки так, чтобы максимальное количество солнечного света попадало внутрь, накрыть коробку стеклом и ждать, пока еда приготовится. Внутри коробки температура может превышать 200°С. Кирпичи, нагреваясь, сохраняют тепло, если солнце внезапно скроется за облаками.

Промышленные солнечные печи

Что касается солнечных печей, выпускаемых промышленностью, то их создатели уже дали волю фантазии, оснастив эти устройства всеми мыслимыми и немыслимыми приспособлениями. Легкие, складывающиеся, как чемодан, они в считанные минуты устанавливаются в рабочее положение. Эти печи сочетают в себе достоинства солнечных параболоцилиндрических концентраторов и вакуумных трубок.

Солнечная печь Solar Stove

В фокусе параболоцилиндрического зеркала расположена длинная вакуумная трубка. Но вместо легкокипящей жидкости во внутренней полости находится поддон, в который укладываются продукты для приготовления. Поддон вставляется в трубку и фиксируется. Вакуум вокруг внутренней полости обеспечивает надежную теплоизоляцию и высокую температуру внутри нее. Температура во внутренней полости может превышать 300°С.

Вакуумная труба с регулировочным экраном

Для того чтобы контролировать температуру в рабочей камере, в торце вакуумной трубки установлен термометр. Он является составной частью электронного блока управления. В этом блоке имеется термостат с предустановкой рабочей температуры, система управления поворотом зеркала, таймер, который закрывает зеркало по истечении заданного времени и подает звуковой сигнал. Вся электроника питается от солнечной батареи, встроенной в корпус.

Термометр с термостатом и органами настройки

В собранном виде эта печь имеет вид чемодана длиной примерно 75 см, высотой около 40 см, толщиной 11 см. Весит она немногим более четырех килограмм. А готовить в ней можно все, что угодно: мясо, рыбу, овощи. Можно печь пирожки. И конечно, самое главное ее достоинство – это экологически абсолютно чистое устройство, не потребляющее никакой другой энергии, кроме энергии солнца, и не загрязняющее окружающую среду.

Солнечная печь в собранном виде и загрузка продуктов для приготовления

Конечно, было бы наивным полагать, что гелиевые печи смогут полноценно заменить традиционные – газовые и электрические. Но в походах, на дачных участках, на загородных пикниках они с успехом вытесняют старые громоздкие устройства, которые требуют, к тому же, еще и топливо, а после себя оставляют кучи золы, закопченную посуду. Экологически чистые, сверкающие зеркалами солнечные печи уверенно занимают свое место в нашей повседневной жизни.