15-летняя школьница изобрела фонарик, не нуждающийся в батарейках

• Поделиться
• Печатать

Изобретение канадской школьницы Энн Макосински было отмечено специальным призом на научной ярмарке Google, ведь её фонарик - это крайне полезное устройство: он работает без батареек, получая энергию от ... человеческого тепла.

Энн разработала фонарик, который заряжается от термоэлектрической пары – устройства, вырабатывающего ток из разности температур. В качестве основного элемента фонарика применяется обыкновенный доступный элемент Пельте, который используется для охлаждения микросхем в компьютере. Особенностью элемента Пельтье является выработка электричества при нагреве одной стороны и охлаждении другой.

«С помощью четырех элементов Пельтье и разницы температур между ладонью и окружающим воздухом, я обеспечила питанием фонарик, который в итоге дает яркий свет без батарей и движущихся частей, – рассказывает Энн Макосински. – Фонарик удобен в обращении и требуется всего 5 градусов в разнице температур, чтобы устройство выдавало мощность до 5,4 мВт и могло освещать с яркостью свечи пространство в радиусе 1,5 м».

Как это ни странно, но идея посчитать мощность, которую может выдать рука человека, пришла в голову 15-летнему подростку, а не инженеру крупной компании, производящей источники света. Энн Макосински рассчитала, что при полезной площади ладони в 10 см2 с помощью элемента Пельтье (КПД 10%) можно получить до 57 мВт мощности. В качестве источника для фонарика света были выбраны обычные 12-В 5-мм светодиоды, которые, однако, потребляли слишком большое напряжение (2500 мВ) – фонарик на элементах Пельтье не светил.

После длительных поисков, Энн решила усложнить конструкцию фонарика и добавила преобразователь питания - интегральную микросхему LTC31088 с КПД в 50% при 100 мВ. В итоге фонарь состоит всего из 4 компонентов: повышающий трансформатор, микросхема, конденсатор 47μF и светодиод.

Изобретательница сделала 2 фонарика, F1 и F2,с элементами Пельтье разной площади: 16 кв. см. и 5,4 кв. см соответственно. Оба фонарика имеют диаметр 25 мм и длину 125 мм и представляют собой простейшую, но эффективную конструкцию. Для создания разности температур на элементах Пельтье, Энн использовала алюминиевую и полихлорвиниловую трубы с прорезями для четырех элементов Пельтье. ПВХ создает теплоизоляцию, не позволяя руке нагревать алюминиевую трубу, которая в свою очередь охлаждается циркулирующим в ней воздухом. Вся конструкция обошлась всего в $26, что для «вечного» фонарика, которому не нужны батарейки, не так уж и много. При разности температур в 5 градусов, F1 дает свет яркостью 32 люмена на кв. м, а F2 – 43 люмена на кв. м. Естественно, чем выше разница температур, тем ярче свет.

Энн Макосински смотрит дальше. Она подсчитала, что в среднем человек «бесполезно» рассеивает в виде тепла около 97 Вт в час или 5,7 мВт на 1 кв. см тела. Это большое количество полезной энергии, которую можно использовать для освещения, питания датчиков, зарядки мобильных устройств и т.д.