Исследовательская работа «Может ли свет быть умным?»

В нашей семье часто забывают выключать свет в подсобных помещениях: кладовка, подвал. Мы даже примерно высчитывали, во сколько может обойтись такая забывчивость, но это не помогло.

Сейчас в подвале света нет совсем и приходится пользоваться фонариком, это очень неудобно. На день рождения мне подарили набор «Юный физик». 

По инструкции я собрал цепь с герконовым выключателем и решил изучить, можно ли собрать электрическую цепь с использованием геркона. Сделать так, чтобы свет при открывании двери включался, при закрывании выключался.

Цель исследования: рассмотреть возможность создания «умного» освещения в подсобных помещениях на основе геркона.

Задачи исследования:
1. Изучить: что такое Геркон?
2. Типы Герконов.
3. Особенности и преимущества Герконов.
4. Исследовать цепи с использованием Геркона.
5. Обобщить собранный материал и сделать выводы.
6. Собрать электрическую цепь «умного» света.

Гипотеза: возможно ли собрать электрическую цепь с выключателем срабатывающим на открывание и закрывание двери с использованием Геркона для освещения подсобных помещений, то есть сделать «умный» свет.

Объект исследования: герконовый выключатель.

Методы исследования: наблюдение, сбор и анализ материалов из разных источников информации (книг, журналов, сети Интернет); наблюдение, эксперимент.
Основная часть

Что такое Геркон

Слово Геркон расшифровывается как: герметичный магнитоуправляемый контакт. Геркон представляет собой небольшую вытянутую колбу с откачанным воздухом, внутри которого содержится пара гибких металлических ферромагнитных контактов. Контакты по длине перекрываются, но находятся на небольшом расстоянии друг от друга, этих контактов может быть несколько, на разные включения (замыкание или размыкание). При поднесении магнита к Геркону контакты замыкаются (или размыкаются).

Коммутационные устройства или просто контакты очень широко применяются в различной электрической и радиотехнической аппаратуре. С целью улучшения эксплуатационных свойств, прежде всего срока службы и надежности соединения и были разработаны магнитоуправляемые герметизированные контакты получившие название герконы.

Первые образцы таких контактов появились еще в 30–е годы XX столетия, а первый магнитоуправляемый контакт был изобретен еще в 1922 году в Петербурге профессором В. Коваленковым, за что ему было выдано авторское свидетельство СССР № 466. Конструкция такого контакта показано на рисунке.

Устроен такой контакт следующим образом. К сердечнику 3 из магнитомягкого материала через изолирующие прокладки 5 прикреплены контакты 1 и 2, выполненные также из магнитомягкого материала. При пропускании тока через катушку 4 в сердечнике 3 возникает магнитное поле и намагничивает контакты 1 и 2, которые замыкаются. Размыкание контактов происходит при прекращении тока через катушку.

По сути это был самый первый магнитоуправляемый контакт, только без герметизирующей оболочки. В герметизирующую оболочку подобный контакт был впервые помещен американским инженером W. B. Ellwood лишь в 1936 году. В семидесятых годах прошлого столетия Герконы достигли своего максимального развития, и нашли широкое применение в различных устройствах электронной техники.

В настоящее время Герконы используются менее интенсивно, поскольку их «вытеснили» датчики Холла. Но в некоторых случаях Герконы остались вне конкуренции, что обусловлено простотой применения, гальванической развязкой от источника питания, свойствами «сухого контакта», поэтому Герконы до сих пор применяются в различных схемах и устройствах.

В тех случаях, когда требуется высокая надежность и долговечность коммутирующего элемента Герконы просто незаменимы. Как составная часть Герконы входят в конструкции различных датчиков, электромагнитных реле, особенно слаботочных, а также позиционных переключателей и некоторых других устройств.

По контактной группе Герконы различают:

- Геркон замыкающий, то есть с замыкающимся контактом, который замыкается при наличии магнитного поля.
- Геркон размыкающий, то есть с размыкающимся контактом, который соответственно размыкается в магнитном поле.
- Герконы с переключающимися контактами. В колбе находится три контакта. В магнитном поле замкнута одна пара, а при отсутствии магнита замыкается другая.

По конструкции Герконы бывают:
- с сухими контактами
- ртутными, в которые добавляется капля ртути для уменьшения электрического сопротивления и предотвращения вибрации контактов. 

Особенности и преимущества герконов

Контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и как следствие при работе они слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра. По сравнению с обычными коммутирующими контактами герконы имеют чуть ли не в 100 раз большую надежность по сравнению с обычными открытыми контактами. Эта надежность обусловлена более высоким сопротивлением изоляции (достигает десятков МегаОм), и большей электрической прочностью: пробивное напряжение у некоторых типов герконов достигает нескольких десятков киловольт.

Неоспоримым преимуществом герконов является их быстродействие: у некоторых моделей герконов частота коммутации достигает 1000 Гц, а скорость срабатывания и отпускания находится в пределах (0,5 - 2,0 мс) Ии (0,2 - 1,0 мс) соответственно.
Срок службы некоторых герконов доходит до 4 - 5 млрд. срабатываний, что намного выше аналогичного показателя для обычных не защищенных контактов. Также к достоинствам следует отнести легкий способ согласования с нагрузкой а также работа герконов без применения источников электрической энергии.

Исследование цепей с применением геркона

Для исследования цепи с использование геркона я провел два опыта и для этого мне понадобилось:
Геркон замыкающего типа – 1 шт.
Геркон размыкающего типа – 1 шт.
Универсальный зажим – 1 шт.
Батарейный блок – 1 шт.
Лампа накаливания – 1 шт.
Провода – 3 шт.

Опыт № 1

Я собрал электрическую цепь. 

Цепь не работает.

Я взял магнит и начал подносить к геркону, на расстоянии 3,5 см лампа загорелась.

Это произошло от того что в герконе ферромагнитные контакты соприкоснулись при этом пропуская через себя ток. 

Вывод: используемый геркон замыкающего типа. Замыкает электрическую цепь под действием магнита.

Опыт № 2

В раннее собранной цепи я заменил геркон замыкающего типа на Геркон размыкающего типа.

Лампа загорелась сразу.

После того как я поднес магнит, лампа погасла.

Вывод: используемый геркон размыкающего типа.

В связи с тем, что мне нужно, чтобы в закрытом состоянии свет не горел, а открывая дверь свет загорался, мне необходимо закрепить на двери магнит, а на косяк смонтировать цепь с герконом размыкающего типа. Блок питания удобней будет заменить батарейкой Крона 9 вольт, а маленькую лампочку светодиодным светильником.
Мне нужен геркон размыкающего типа, то есть контакты геркона замкнуты в исходном положении при отсутствии магнитного поля, а при его возникновении размыкаются. То есть когда магнит будет воздействовать на геркон, цепь работать не будет. При открывании двери магнит будет отдаляться тем самым давать возможность геркону принять исходное положение и сомкнуть контакты. Цепь замкнется и лампа загорится.

Заключение

В ходе работы была рассмотрена возможность создания «умного» освещения в подсобных помещениях на основе Геркона, изучив информацию и проделывая опыты, я выяснил, что возможно создать электрическую цепь, срабатывающую на открывание двери с использованием Геркона для освещения подсобных помещений. Для работы цепи даже не нужен постоянный электрический ток, а достаточно батарейки. В подсобных помещениях, где нет электричества, это будет освещение, которое может работать отдельно.

Конечно, у цепи которую я предлагаю есть недостаток, при закрытой двери освещение не работает, освещение не достаточно яркое, но для подсобного помещения должно хватать, конечно читать при таком освещении нельзя. Данное устройство подходит для нашей семьи, потому что, нам не надо в подвале закрывать дверь, когда там находимся.