Học sinh lớp 7 sáng chế gờ giảm tốc phát điện nhờ bật lửa

Với công trình “Gờ giảm tốc độ phát điện phục vụ chiếu sáng đường bộ”, mới đây, một nhóm học sinh cấp 2 đã đoạt giải nhất trong cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, nhi đồng thành phố Huế năm 2017; giải khuyến khích Hội thi Khoa học Kỹ thuật dành cho học sinh trung học năm 2017.

Nhóm học sinh này bao gồm: Đỗ Lê Triệu Mẫn, Đinh Hoàng Như, Võ Thị Minh Trâm (học sinh lớp 7) và Đặng Văn Phong, Vũ Phan Đông Phương (học sinh lớp 8) trường THCS Nguyễn Văn Trỗi (thành phố Huế, tỉnh Thừa Thiên – Huế).

Mô hình "Gờ giảm tốc độ phát điện chiếu sáng đường bộ". (Ảnh: Tuấn Hiệp)

Quan sát máy lửa, sáng chế gờ giảm tốc phát điện

Ý tưởng được hình thành từ khi nhóm học sinh quan sát các tuyến đường, tại các vị trí nguy hiểm người ta thường bố trí các gờ giảm tốc nhằm cảnh báo và hạn chế tốc độ của các phương tiện giao thông. Trọng lượng của xe sẽ đè lên các gờ này và một phần của động năng của xe sẽ hao phí.

Từ đó, nhóm học sinh liên tưởng, nếu lợi dụng được động năng hao phí ấy vào việc phát điện để phục vụ chiếu sáng sẽ tái tạo được một phần năng lượng của các đô thị.

Để củng cố thêm cho cơ sở khoa học của sáng kiến trên, nhóm học sinh tiếp tục quan sát, khám phá nguyên lý hoạt động của chiếc bật lửa điện.

“Máy lửa điện hoạt động không hề có máy đánh lửa và cũng không có bánh xe ma sát. Vậy tia lửa từ đâu ra?”, nhóm học sinh đặt câu hỏi.

Để trả lời câu hỏi ấy, nhóm học sinh khám phá cấu tạo bên trong của máy lửa điện và tia lửa điện phát ra từ một chi tiết gọi là magneto. Điện mà nó phát ra khá mạnh, có thể gây giật nhẹ khi chạm vào.

Thế nhưng, cái gì đã phát ra điện cho máy lửa khi hoàn toàn không có pin, nam châm và không có cuộn dây? Tiếp tục tìm hiểu, nhóm học sinh kể trên phát hiện ra vật phát ra điện là một khối vật liệu gọi là gốm áp điện piezo. Vật liệu này có đặc tính là khi bị nén, giữa hai mặt của nó phát ra một điện trường khá mạnh.

Từ đó, nhóm học sinh đã nảy ra sáng kiến sử dụng các đơn vị phát điện nhỏ có cấu tạo chính là đĩa piezo gắn trên tấm lắp cố định trên các gờ giảm tốc trên mặt đường. Khi các phương tiện đi qua gờ giảm tốc sẽ tạo thành lực nén và phát ra điện.

Và mô hình “Gờ giảm tốc độ phát điện chiếu sáng đường bộ” đã ra đời theo hoàn cảnh và nguyên lý hoạt động đó”.

Gờ giảm tốc phát điện được cấu tạo gồm hai phần, phần động làm bằng thép hàn cẩn thận. Bề mặt của gờ bằng thép tấm có phần mái dốc đảm bảo độ cao, độ rộng và độ nghiêng của mái dốc, nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn của công trình đường bộ. Bề mặt gờ được phủ lớp cao su nhằm tăng ma sát, chống trượt khi xe chạy qua đồng thời bảo vệ lớp thép không bị mài mòn bởi lốp xe qua thời gian sử dụng lâu dài.

Phần tĩnh gắn cố định với mặt đường, cấu tạo từ thép hộp vuông cạnh 30mm, bên trong lòng khung là phần đế có khoan các lỗ để đặt các đơn vị phát điện (magneto bật lửa). Phần động phải đặt vừa khít với phần tĩnh nhờ một lớp roăng cao su giảm chấn và chống thấm nước, phần động đè lên các đơn vị phát điện.

Thiết bị cũng được gắn hệ thống cảm biến đóng ngắt tự động sẽ điều khiển việc tắt bật đèn tùy thuộc điều kiện ánh sáng môi trường. Ban ngày, khi trời sáng, hệ thống sẽ ngắt mạch, tắt đèn để tiết kiệm điện năng tích lũy trong ắc quy. Ban đêm, hệ thống tự động bật đèn mà không cần sự can thiệp của con người.

Giá thành thấp, tiết kiệm hiệu quả

Em Vũ Phan Đông Phương cho biết: “Các kết quả đo đạc cho thấy điện áp sinh ra lên đến 10kV nhưng cường độ dòng điện rất thấp, khoảng 5mA. Sau đó, dòng điện được qua máy biến thế để giảm điện áp xuống còn 12V nên có thể tạo ra dòng điện có cường độ đủ lớn để nạp vào ắc quy.

Điện năng tích lũy trong ắc quy có thể dùng để thắp sáng đèn Led trong chiếu sáng đường bộ thay cho các hệ thống chiếu sáng sử dụng điện năng từ lưới điện thành phố hiện nay”.

Để kiểm tra hiệu quả của thiết bị, nhóm học sinh kể trên đã mang thanh gờ giảm tốc 6 mét đi thử nghiệm thực tế ở đường Bùi Thị Xuân (đoạn gần cầu Dã Viên, Thành phố Huế) với 5.000 lượt xe/chiều đi trong thời gian 12 tiếng đồng hồ.

Giá thành làm ra sản phẩm "Gờ giảm tốc phát điện" khá rẻ, trong khi nó lại có thể tiết kiệm khá lớn số điện năng đang cung cấp cho việc chiếu sáng đường bộ. (Ảnh: Tuấn Hiệp).

Qua theo dõi, thiết bị đảm bảo tính bền vững, không biến dạng, cong vênh khi các phương tiện trọng tải lớn lăn qua. Nó cũng phản ứng tốt với hầu hết các loại phương tiện đi qua như xe đạp.

Điện năng sinh ra được tích vào ắc quy có thể thắp sáng được một bóng đèn Led loại dùng trong chiếu sáng đường bộ có công suất 30W trong thời gian 11 giờ liên tục. Như vậy, sau 12 tiếng, điện năng sinh ra từ thiết bị kể trên đủ đáp ứng nhu cầu cơ bản cho chiếu sáng đường bộ.

“Theo tính toán, chi phí điện năng cho việc thắp sáng một bóng đèn đường thông thường loại đèn Neon 1kW trong 11 giờ khoảng 27.500 đồng. Sau một tháng, chi phí điện là 825.000 đồng. Còn chi phí cho việc chế tạo 6 mét gờ giảm tốc loại này khoảng 1 triệu đồng, trong đó vật liệu tiêu tốn khoảng 800.000 đồng, công lắp đặt 200.000 đồng”, em Đặng Văn Phong chia sẻ.

Như vậy với đầu tư để lắp đặt “Gờ giảm tốc phát điện” thì sau 36 ngày có thể tiết kiệm được số tiền điện bằng với số tiền đầu tư. Khi hòa vốn, sản phầm này sẽ giúp sản sinh ra lượng điện dùng để chiếu sáng đường bộ miễn phí, tạo ra hiệu quả kinh tế khá cao.

Điểm mới của thiết bị là sản phẩm tạo ra điện nhờ tận dụng một phần năng lượng hao phí khi xe lăn bánh trên đường. Nguyên lý phát điện của nó khác với các máy phát điện thông thường. Sản phẩm này phù hợp với những nơi đang có nhu cầu đầu tư nâng cấp hệ thống chiếu sáng đường bộ, nhất là những nơi đang đầu tư xây dựng đô thị xanh, đô thị thông minh.

Ông Nguyễn Quốc Phúc - Giáo viên hướng dẫn nhóm học sinh kể trên cho biết: “Thiết bị có tính khả thi cao, đáp ứng nhu cầu chiếu sáng của các đô thị nước ta. Đây là một giải pháp hiệu quả trong việc tái tạo năng lượng, thân thiện với môi trường, lại rẻ tiền, dễ áp dụng”.

Được biết, hiện mô hình “Gờ giảm tốc độ phát điện chiếu sáng đường bộ” đang được nhóm học sinh kể trên củng cố, phát triển thêm để đi dự cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, nhi đồng tỉnh Thừa Thiên – Huế.

Video: Sinh viên Đà Nẵng chế tạo ô tô dùng năng lượng mặt trời

Nguyễn Vương