Введение.
Современный человек стремится к передвижению, следовательно, ему нужен компактный источник энергии для портативного использования.
Анализ перспективы развития источников энергии заметно смещает возникающие проблемы в сторону оценки возможных последствий на окружающую среду, жизнь и здоровье населения. Разработка новейших источников энергии, представляет собой источники неизбежного, потенциально, практически не учитываемого риска для населения и окружающей среды. Все они приносят негативные последствия для всё ухудшающейся экологии планеты.
Поэтому сейчас перед человечеством встает проблема создания экологически чистых источников питания, с максимальной экономией природных ресурсов.
Цель исследования - получение аккумулятора механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин”
Задачи
1. Анализ теоритических сведений о создании источников питания.
2. Расчитать энергию аккумулятора.
3. Рассмотрение областей применения.
Гипотеза исследования - если создать аккумулятор механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин, то это позволит экономить энергию.
Практическая значимость исследования - создание экологически чистых источников питания, с максимальной экономией природных ресурсов.
Методы исследования – анализ литературы, создание принципиальной схемы аккумулятора, расчеты энергии.
Современная жизнь немыслима без радио телевидения, телефонов, телеграфа, всевозможных осветительных и нагревательных приборов, машин и устройств, в основе которых лежит возможность использования электрического тока. Открытие электрического тока и все последующие открытия, связанные с ним, можно отнести к концу XIX – началу XX веков. В это время по всей Европе и в том числе России покатилась волна открытий, связанных с электричеством. Пошла цепная реакция, когда одно открытие давало началу последующим на многие десятилетия вперед. Начинается внедрение электричества во все отрасли производства, появляются электрические двигатели, телефон, телеграф, радио, электронагревательные приборы, начинается изучение электромагнитных волн и влияние их на различные материалы, внедрение электричества в медицину [4].
Удивительный XIX век, заложивший основы научно-технической революции, так изменивший мир, начался с гальванического элемента – первой батарейки, химического источника тока. Этим изобретением итальянский ученый А.Вольта встретил 1800 год. Вольтов столб позволил вести систематическое изучение электрических токов и находить им практическое применение. Именно изготовление первых гальванических элементов - химических источников тока привело к рождению электротехники. Однако, раскапывая египетские древности, археологи обратили внимание на странные сосуды из обожженной глины с изъеденными металлическими пластинами в них[1]. Возможно, уже в те давние времена были “банки химических элементов”, ведь получение постоянного электрического тока действительно очень просто. Соленой воды на Земле достаточно, как и необходимых металлов – цинка и меди, вместо меди лучше применять серебро и золото. Первые элементы давали ток лишь первые несколько минут, это происходило потому, что цинк, соединяясь с кислотой, вытесняет из неё водород. Пузырьки газа оседают на металлических пластинках и затрудняют прохождение тока.
В 1802 году Уильям Круинкшанк [2] разработал первую электрическую батарею, пригодную для массового производства, которая состояла из спаянных на концах листах меди и цинка одинакового размера, помещенных в прямоугольную деревянную коробку, запечатанную цементом. В качестве электролита использовалась морская вода или кислота.
В 1836 году Джон Ф. Даншал улучшил батарею Вольты и получил более стабильный ток. В 1859 Гастон Планте изобрел первую перезаряжающуюся батарею – аккумулятор. Это был аккумулятор на свинцово-кислотной основе, которая используется и сегодня. В 1947 году Ньюман создал первый герметичный никель-кадмиевый аккумулятор, в середине 60-х годов прошлого века изобретена щелочная батарея, разрабатывались свинцово-кислотные аккумуляторы с клапанной регулировкой. Конец XX века ознаменован производством литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, а также разработкой топливных элементов на протонной мембране.
Экологически чистый аккумулятор механической энергии.
В 1997 году в ЮАР [3] был выпущен радиоприемник с питанием от пружины, вращающей миниатюрный генератор. Один завод пружины обеспечивает полчаса работы. В 1998 году в России инженер Ю.Фаюстов работал над разработкой накопителя энергии, использующего в своей основе принцип получения механической энергии от пружин. Аккумулятор механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин состоит из корпуса-1, вала приема механической энергии-2, фиксатора-3, оси-4, храпового колеса-5, обоймы-6, ступицы-7,спиральных ленточных полос-8, шестерни-9. При вращении вала 2 одновременно закручиваются все пружины, последовательно соединенные через обойму и ступицу. После заводки вал фиксируется от поворота храповым механизмом, а шестерня выдает потребителю механическую энергию в виде крутящего момента. Максимальная величина которого, не зависит от количества пружин в многоступенчатом аккумуляторе; от этого зависит лишь число оборотов, которое способен принимать, а затем выдавать аккумулятор.
Потенциальная энергия пружины 
, 
[3].
Спиральную пружину представим в виде пластинки.
В результате закручивания на пластинку будет действовать Fц, изгибая её.
При изгибе сторона 1 – растягивается, сторона 2 – сжимается. И первая и вторая стороны (1-я вследствие электромагнитного притяжения, 2-я из-за электромагнитного отталкивания атомов в узлах кристаллической решетки) стремятся вернуть пластинку пружины в первоначальное положение.
Вдоль линии 
- тело не деформируется, а сторона 1 удлиняется на 
, сторона 2
сжимается на 
.
Так как от линии до внешней и внутренней поверхности
деформация возрастает линейно, то
, 
, 
, следовательно
, 
При изгибе, такую энергию получает каждая пружина, тогда энергия аккумулятора:
Использование накопительной механической энергии выгодно как с экологической, так и экономической точки зрения. При работе ручных фонариков, магнитофонов, часов используются гальванические элементы, которые отработав, выбрасываются, то есть тысячи килограмм химикатов и цветных металлов оказываются на свалке, тогда как пружинный фонарик, магнитофон не требует никаких эксплуатационных расходов. Полностью гальванические элементы заменить невозможно, хотя бы из-за их компактности.
Если пружинный аккумулятор сделать больше, 5-10 кг, то его можно использовать как источник питания для длительной работы маломощного радиоприемника, если его не нужно переносить. При увеличении размера пружинного аккумулятора и возможности заводить небольшим ветряком, он может обеспечить маломощное освещение жилья и питание радиоаппаратуры. Для получения большого запаса энергии необходимы электрохимические аккумуляторы, но пружинный может быть использован для работы заряжающего их генератора в более стабильном режиме, а не в зависимости от порывов ветра.
Еще одна перспективная область применения – пуск автомобильных двигателей внутреннего сгорания[5]. Сейчас для этой цели применяют мощные электростартеры, потребляющие ток большей силы от свинцовых аккумуляторов. Вместо такого стартера можно установить небольшой электродвигатель с потребляемым током в 10-20 раз меньшей силы, который станет предварительно заводить пружинный аккумулятор, запускающий двигатель. После запуска тот же электродвигатель автоматически за короткий промежуток времени восстановит энергию, то есть завод пружины стартера.
При уменьшении максимального тока, отдаваемого свинцовым аккумулятором, он прослужит намного дольше, что приведет к меньшему загрязнению окружающей среды.
Выводы.
- Аккумулятор механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин экономичен, прост в эксплуатации, основную массу и объем такого накопителя энергии составляют обычные стальные пружины, завод которого осуществляется обычной ручкой.
- Механические аккумуляторы могут использоваться в качестве аварийных и обеспечивающих маломощное автономное питание средств.
- Аккумулятор механической энергии представляет собой минимальную угрозу для загрязнения окружающей среды.
Список литературы.
- Манойлов, В.Е. Электричество и человек - Ленинград: ЭНЕРГОИЗДАТ, 1982.-328с.
- Энциклопедический словарь юного физика - М: ПЕДАГОГИКА, 1991.-439с.
- Техника молодежи, 1997, №11.- С.23-28.
- Жданов, Л.С. Физика, М ; Наука, 1987.-456с.
- Лансберг ,Г.С. Элементарный учебник физики, М : Наука, 1985,-723с.
- Яворский, Б.М., Детлаф, А.А. Справочник по физике, М : Наука, 1985, - 384с.