Univerza v Ljubljani Pedagoška fakulteta

Trend razvoja ročnega pridobivanja električne energije

Natalija Lokar

Seminarska naloga pri predmetu Didaktika tehnike I

Mentor: doc. dr. Janez Jamšek

Ljubljana, 2014

2

Povzetek Pri predmetu Tehnika in tehnologija se učenci v sedmem razredu osnovne šole seznanijo z elektriko. V sedmem razredu učenci spoznajo električni tokokrog. Naučijo se tudi, kako se električna energija proizvede in znajo našteti alternativne vire pridobivanja energije. Seminarska naloga je primarno namenjena učiteljem tehnike in učencem, ki jih bolj podrobno zanimajo novejši načini pridobivanja energije in predvsem ročno pridobivanje električne energije. V nalogi so predstavljene nove tehnologije, kot so piezoelektrik, piezoelektrični nanogeneratorji, samo-polnilne celice, omočenje površine s pomočjo električnega polja (electrowetting) in njihove značilnosti. Pri piezogeneratorjih se v določenih kristalnih materialih, ki so navedeni v seminarski nalogi, zaradi mehanske sile pojavi električni naboj. Pri omočenju površine s pomočjo električnega polja gre za spreminjanje vlažnosti površine. Takšna tehnologija je bila vgrajena v čevelj in deluje po procesu, ki je obraten od procesa omočenja površine s pomočjo električnega polja. Podan je tudi opis naprav, s pomočjo katerih se iz človeškega gibanja pridobi energija. Novejše tehnologije takšnega pridobivanja energije temeljijo predvsem na piezo in nanogeneratorjih.

Kazalo 1  Uvod................................................................................................................................... 4 2  Navezava na učni načrt.................................................................................................... 4 3  Pregled obstoječega gradiva............................................................................................ 4 4  Telo kot elektrarna........................................................................................................... 5 

4.1  Električna energija s pomočjo generatorja .................................................................. 5 4.1.1  Kolesarski dinamo................................................................................................ 5 4.1.2  S poganjanjem do električne energije .................................................................. 5 4.1.3  Obutev, ki generira električno energijo s pomočjo tekočine in generatorja........ 6 

4.2  Ročno pridobivanje energije s procesom omočenja površine s pomočjo električnega polja (electrowetting) ............................................................................................................. 6 

4.2.1  Proces omočenja površine s pomočjo električnega polja .................................... 6 4.2.2  Obutev, ki generira električno energijo s procesom omočenja površine s pomočjo električnega polja ................................................................................................ 7 

4.3  Ročno pridobivanje energije s pomočjo piezoelektričnega nanogeneratorja .............. 7 4.3.1  Piezoelektrik in piezoelektrični pojav .................................................................. 7 4.3.2  Piezoelektrični nanogeneratorji ........................................................................... 8 4.3.3  Obutev in obleka, ki generirata električno energijo s pomočjo nanogeneratorja 10 

5  Sklep ................................................................................................................................ 11 6  Literatura........................................................................................................................ 12 7  Priloge.............................................................................................................................. 13 

7.1  Učni list...................................................................................................................... 13 7.2  Rešen učni list............................................................................................................ 14 

4

1 Uvod Današnja družba si vse bolj prizadeva, da bi rešila probleme pridobivanja električne energije. S tem mislimo predvsem probleme onesnaževanja in proizvajanja CO2, visokih stroškov, velikega povpraševanja … Zato v današnjem času čedalje bolj težimo k uporabi obnovljivih, cenejših virov, ki so lažje dostopni in lažje vzdržljivi. Raziskovalci in inovatorji razvijajo nove tehnologije, ki omogočajo, da električno energijo pridobivamo s hojo ali vožnjo na kolesu. Tehnologija se je razvila do te mere, da je v električni tok mogoče pretvoriti krvni pretok. Glede na razvoj tehnologije in zviševanja izkoristkov, bi se lahko večina ljudi v prihodnosti začela posluževati tehnologij za ročno pridobivanje električne energije. Tako bi se lahko sčasoma nekoliko zmanjšalo povpraševanje, posledično bi se znižali stroški in tudi onesnaževanje okolja. Na tem področju so se najbolj uveljavili piezogeneratorji, nanotehnologija in proces omočenja površine s pomočjo električnega polja (electrowetting). Vse pojme bomo podrobneje spoznali v jedru seminarske naloge. Odgovorili bomo na vprašanje, kako lahko omenjene pojme uporabimo pri ročnem pridobivanju električne energije. Vemo, da človeško telo proizvede veliko energije, ki pa je v večini primerov neizkoriščena. To energijo ustvarjamo s premikanjem rok in nog pa tudi s pretokom krvi po žilah. V seminarski nalogi dobimo odgovor na vprašanje, kako lahko izkoriščamo pretok krvi in za napajanje česa.

2 Navezava na učni načrt Učenci pri pouku Tehnike in tehnologije spoznavajo naravne zakonitosti in se jih tudi naučijo uporabljati v tehniki. Začnejo se zavedati, kako uporaba tehnike in tehnologije spreminja svet, spoznajo, da se tehnološkega razvoja ne da ustaviti ali zaobrniti in oblikujejo spoznanje o dobrem vplivu tehnike in tehnologije na človekovo udobje ter hkratnem škodljivem vplivu na okolje. Seminarska naloga je vezana na osnovnošolski učni načrt pri predmetu Tehnika in tehnologija. Namenjena je učiteljem tehnike, ki lahko tematiko uporabijo v okviru sedmega razreda, ko učenci spoznajo načine pridobivanja električne energije in spoznajo alternativne vire pridobivanja. Operativni izobraževalni cilji so, da učenci prikažejo pomen električne energije za razvoj civilizacije in vpliv njene proizvodnje na obremenitev okolja in predstavijo možnosti za alternativno pridobivanje električne energije. Na tem mestu učenci spoznajo elektrarne, zato jim učitelju tu lahko omenijo razvoj ročnega pridobivanja električne energije. Učenci morajo pri tem doseči navezujoče se standarde znanja. To so: našteje in opiše vire električne napetosti, pojasni pomen električne energije za obstoj in razvoj civilizacije, opiše alternativne vire in načine pridobivanja električne energije. Pomembno je, da vsi učenci dosežejo vsaj minimalne standarde, to je, našteje in opiše vire električne napetosti. Na tem mestu učenci spoznajo dinamo, ki je prav tako predstavljen v seminarski nalogi [1].

3 Pregled obstoječega gradiva O človeškem telesu kot elektrarni največ piše v [2, 3]. Proces omočenja površine s pomočjo električnega polja je opisan v [4, 5], piezoelektriki in piezoelektrični pojav so podrobneje opisani v [6, 7], nanogeneratorjih in samo-polnilnih celicah pa v [8].

5

4 Telo kot elektrarna Ljudje že od izuma kolesarskega dinama znajo izkoriščati mehansko delo, ki ga opravi človek, za pridobivanje energije. S pomočjo dinama človek generira dovolj energije, da lahko napaja luč na kolesu. Dinamo daje majhne izkoristke, toda na podlagi le-tega se je razvila tehnologija, ki daje veliko več električne energije. S pomočjo nove tehnologije lahko napolnimo mobilni telefon ali celo napajamo manjše gospodinjske aparate. Človek s premikanjem nog in rok ustvari veliko energije, ki je bila do pred kratkim še neizkoriščena. Z razvojem piezo in nanogeneratorjev so se razvili tudi drugi izdelki, s pomočjo katerih človek med gibanjem generira električno energijo. Predvsem je na to področje vplival razvoj nanogeneratorjev, ki so sedaj zmožni generirati električno energijo iz krvnega pretoka.

4.1 Električna energija s pomočjo generatorja Temelj tehnologije za ročno pridobivanje električne energije je dinamo, ki se je razvil že okoli leta 1890.

4.1.1 Kolesarski dinamo Kolesarski dinamo pretvarja mehansko delo v električno energijo. Dinamo ima stator – nepremikajoči se del, na katerega so pritrjena navitja iz bakrene žice. Vrteči del imenujemo rotor. Rotor je sestavljen iz gredi, na katero je nameščen magnet. Kolo, ki ga poganjamo, zavrti rotor in magnetne sile povzročijo, da skozi navitja statorja steče električni tok [12]. Pri kolesarskih dinamih se rotor vrti zaradi človeškega mehanskega dela – poganjanja kolesa. Človek lahko sam (s pomočjo dinama) generira dovolj električne energije, da napaja luč na kolesu, slika 4.1 (a).

(a) (b) (c)

Slika 4.1: (a) Kolesarski dinamo [13], (b) kolo za pridobivanje električne energije [14] in (c) človeški generator [15].

4.1.2 S poganjanjem do električne energije Izkušen kolesar lahko s kolesarjenjem na kolesu za pridobivanje električne energije generira do 400 W električne moči, ampak pri generatorjih, ki jih poganjamo na pedala to ni veliko. Če predpostavimo, da hitra vožnja s kolesom traja 1 uro, bi lahko povprečen človek s kolesom generiral okoli 100 Wh. To je 1/10 kilovatne ure, za katero ljudje plačamo približno 8 centov. Kolo deluje tako, da je na zadnje kolo preko jermena povezan električni generator. Električni generator pretvarja mehansko delo v električno energijo in deluje na principu indukcije, kjer nastane električna napetost (kot pri dinamu), slika 4.1 (b). Takšno kolo je bilo izumljeno že v sedemdesetih letih, vodilo pa je v razvoj manjše naprave, ki ji lahko pravimo človeški generator (Human Power Generator). Človeški generator je generator, ki ima na vsaki strani stopalko. S pomočjo stopalk lahko človek poganja generator, ki se nahaja v ohišju, slika 4.1 (c), [2]. Na podoben način delujejo tudi sobna kolesa, ki se jih čedalje več poslužujejo v fitnesih. Zelo popularen je sedaj eliptični generator, ki s poganjanjem sobnega kolesa generira tok, katerega moč je uporabljena za napajanje zaslona na kolesu [9]. Novost na tem področju je kolo za pridobivanje električne energije, kateremu je dodana še miza. Tako lahko napajamo prenosni računalnik medtem, ko ga uporabljamo, slika 4.2, [16].

6

Slika 4.2: Sobno kolo z računalniško mizo [16].

4.1.3 Obutev, ki generira električno energijo s pomočjo tekočine in generatorja Ko hodimo, se naša teža prenaša iz prstov na peto. Ko stopimo s prsti, je tekočina v mehurju v sprednjem delu čevlja prisiljena steči do mehurja v peti, ko stopimo na peto pa je pretok tekočine ravno obraten [17]. Na sredi stopala se nahaja mikrogenerator in vključuje rotor z lopatami, ki poganjajo gred in vrtijo generator. Pretakanje tekočine omogoča rotorju, da se vrti. Tako nastane električna energija, ki jo potem lahko izkoristimo na primer za polnjenje baterije mobilnega telefona. To naredimo s pomočjo mikro USB-ja, ki je pritrjen na zadnji del obuvala [11]. Opisano je prikazano na sliki 4.3.

Slika 4.3: Izgled izdelka [18].

4.2 Ročno pridobivanje energije s procesom omočenja površine s pomočjo električnega polja (electrowetting)

Proces omočenja površine s pomočjo električnega polja več ni novost, je pa podlaga za razvoj pridobivanja električne energije z obratnim procesom.

4.2.1 Proces omočenja površine s pomočjo električnega polja Proces omočenja površine pomeni spreminjanje vlažnosti površine z uporabo električnega polja. Tekočina je prisiljena v premik s pomočjo električnega toka. Kapljica in elektroda sta priključeni na zunanji električni tokokrog, kar zagotavlja napetost med kapljico in površino. Električno polje na robovih elektrolitske kapljice vleče kapljico proti elektrodi, zniža makroskopski kontaktni kot in poveča kontaktno površino kapljice, slika 4.4, [4].

7

Slika 4.4: Proces omočenja površine s pomočjo magnetnega polja [10].

4.2.2 Obutev, ki generira električno energijo s procesom omočenja površine s pomočjo električnega polja Čevlji, v katerih je tehnologija uporabljena delujejo po procesu, ki je ravno obraten kot proces omočenja površine. S pomočjo (obratnega) procesa omočenja površine lahko iz hoje dobimo 10 W moči. Kapljica in elektroda sta priključeni na zunanji električni tokokrog, kar zagotavlja konstantno napetost med kapljico in površino. V tem primeru se zunanji vplivi uporabljajo za premik kapljice – spremeni se kontaktna površina kapljice z elektrodo. S tem se spremeni celoten naboj, ki je med kapljico in trdno površino, odvečni električni naboj steče po tokokrogu, ki povezuje kapljico in površino – generira se električni tok. Premik kapljice lahko dosežemo z vibracijami, v ravnini s strigom in s tlakom, slika 4.5, [5].

Slika 4.5: Prikaz obratnega procesa omočenja površine s pomočjo električnega polja [10].

4.3 Ročno pridobivanje energije s pomočjo piezoelektričnega nanogeneratorja in samo-polnilnih celic Piezoelektrični nanogenerator je novost na področju ročnega pridobivanja električne energije. Piezoelektrik je bil odkrit že leta 1880, ideja o piezoelektričnem nanogeneratorju pa je bila predstavljena šele leta 2006. Z razvojem tehnologije je prišlo do večjih izkoristkov, zato so omenjene nanogeneratorje vgradili v čevlje in nahrbtnike. Razvoj nanogeneratorjev je omogočil celo to, da se nanogenerator vgradi v obtočila in generira električno energijo s pomočjo krvnega pretoka.

4.3.1 Piezoelektrik in piezoelektrični pojav Piezoelektrik je material, v katerem se ob deformaciji nabira električni naboj. To so lahko določeni kristali in določene vrste keramike, nabira se tudi v določenih bioloških materialih kot je človeška kost, DNK in različnih beljakovinah. Nabira se zaradi mehanske obremenitve. Piezoelektrik sta odkrila francoska fizika Jacques in Pierre Curie že leta 1880. Piezoelektrični pojav razumemo kot linearno elektromehansko interakcijo med mehanskim in električnim stanjem v kristalnih materialih. Električen naboj v kristalnih materialih je posledica uporabljene mehanske sile. Piezoelektrični pojav je reverzibilen. Znotraj kristala se ustvari mehanska obremenitev, ki izhaja iz apliciranega električnega polja. Ko se struktura kristala deformira za 0,1 % izhodiščne dimenzije, se generira električna

8

napetost. Obratno, ta kristal bo spremenil izhodiščno dimenzijo za 0,1 %, ko ga priključimo na električno napetost. Slednji pojav se uporablja pri ultrazvočnih zvočnih valovih, slika 4.6, [6].

4.6: Piezoelektrični pojav [6]. Piezoelektrik je uporabljen predvsem v povezavi z zvokom (produkcija in zaznavanje zvoka), pri proizvajanju elektronskih frekvenc, pri generiranju visokih napetosti in podobno [7]. Najnovejši način uporabe piezo kristalov je pridobivanje električne energije iz človeških gibov, na primer hoje.

4.3.2 Piezoelektrični nanogeneratorji Prvič je bila ideja o nanogeneratorju predstavljena leta 2006. Deluje tako, da je dovolj že čisto majhna sila za generiranje električne napetosti. Leta 2008 so razvili novo obliko z eno samo ZnO cevko, ki je vezana vodoravno na prožno podlago. Upogibanje podloge generira izmenično napetost. To je bil velik napredek, ki je vodil v to, da so skupaj povezali več nanocevk, ki simultano zbirajo električni tok [8]. Potem je bil predstavljen nov nanogenerator, ki temelji na navpično poravnani nanocevki. Sistem je deloval brez težav, vendar pridobljene energije ni bilo dovolj, da bi napolnili baterijo mobilnega telefona. Potem je eden izmed študentov nanogenerator pokril s plastiko, da bi zaščitil njegovo površino. Izkazalo se je, da s plastiko prekriti nanogenerator proizvede veliko več električne energije. Ugotovili so, da energija ne nastaja le zaradi pritiska, pač pa tudi zaradi statične elektrike, ki jo ustvari trenje med plastičnim pokrovom in plastično osnovo, na katero so nanocevke pritrjene [3]. Izhodna moč se je z razvojem hitro začela povečevati, slika 4.7, [8].

Slika 4.7: Povečevanje izhodne moči nanogeneratorja [8]. Prednost uporabe navpične nanocevke je to, da se lahko sproži z majhnimi fizičnimi gibi s frekvenco od le nekaj Hz do nekaj MHz, kar je idealno za pridobivanje energije iz okolja iz na primer manjših vibracij ali gibanja telesa [8]. Mehanizem nanogeneratorja lahko opišemo kot tok elektronov, ki jih vodi razlika v električnem potencialu. Ko je predmet pod pritiskom, se vzdolž nanocevke s pomočjo piezomateriala ustvarja električno polje, namreč stekli elektroni se zberejo na enem delu nanocevk – ta del postane negativno nabit, drugi del pa ostane brez elektronov

9

+ pozitivno nabit. Ko oba dela nanocevk povežemo s prevodnikom steče električni tok nazaj na pozitivno nabiti del [3]. Na sliki 4.8 (a) je prikazan nanogenerator, ZnO nanocevke in njegov prečni prerez, ki prikazuje tudi tanko plast PMMA (poly methyl methacrylate) na vrhu nanogeneratorja. Na sliki 4.8 (b) je prikazana funkcionalna električna stimulacija žabjega živca. Žabji krak trzne, ko človek pritisne na nanogenerator, ki generira električne impulze [8].

Slika 4.8: (a) Piezoelektrični nanogenerator in (b) prikaz generiranja električnih impulzov [8]. Piezoelektonični nanogenerator lahko na primer stiskamo med prsti in tako pridobivamo električno energijo z le malo truda.

4.3.3 Samo-polnilne celice za pretvorbo in skladiščenje energije Samo-polnilne celice so bile razvite leta 2012. S samo-polnilnimi celicami so znanstveniki želeli dva različna procesa, to sta proces pretvorbe energije in proces skladiščenja energije, združiti v enega. S tem mehanizmom se mehanska energija neposredno pretvori in hkrati skladišči kot kemijska energija. S takšnim delovanjem so preprečili izgube, ki se pojavijo pri vmesnem koraku (če najprej energijo okolice pretvorimo v električno energijo in šele potem skladiščimo kot kemijsko energijo). Samo-polnilne celice so narejene na tak način, da se nanogenerator in baterije hibridiizirajo kot ena enota. V njih je namesto polietilenskega separatorja, ki se po navadi uporablja v Li baterijah, uporabljena piezoelektrična polivinil fluoridna folija (PVDF), slika 4.9 (a). Ta folija združuje lastnosti piezoelektrika in elektrokemične lastnosti. PVDF lahko vzpostavi piezoelektrični potencial, kadar delujejo zunanje sile. Samo-polnilna celica je sestavljena iz treh glavnih komponent: anode, separatorja in katode. Plast anod sestavljajo nanocevke iz TiO2, katode pa LiCoO2, slika 4.9 (a) [8]. Proces samo-polnjenja celice je elektrokemični proces. Zaradi deformacije se ustvari piezoelektrični potencial. Ko je samo-polnilna celica prazna, je elektrolit med nanocevkami (anodami) enakomerno razporejen, slika 4.9 (c). Ko je naprava pod tlačno obremenitvijo, PVDF vzpostavi piezoelektrično polje v smeri od katode k anodi, slika 4.9 (d). Li ioni v elektrolitu stečejo po ionsko prevodni poti vzdolž PVDF, da bi dosegli anodo. Zmanjšanje koncentracije Li+ v katodi prekine kemijsko ravnotežje in prosti elektroni, ki pri tem nastanejo se bodo zbrali v Al foliji na vrhu katode. Na drugi strani pa se Li+ zbirajo tudi na Ti foliji, na katero so pritrjene anode. V postopku se Li+ nenehno selijo od katode k anodi. To je neposredni postopek pretvorbe mehanske energije v kemično energijo, slika 4.9 (d) [8]. Če samo-polnilno celico vgradimo v podplat čevlja, lahko zelo dobro izkoristimo tlačno obremenitev in jo s pomočjo samo-polnilne celice pretvorimo v električno energijo ter skladiščimo, slika 4.9 (b) [8].

10

Slika 4.9: (a) Samopolnilna celica, (b) samo-polnilna celica vgrajena v čevelj, (c) zgradba samo-polnilne celice in (d) potovanje ionov in postopek pretvorbe [8]. Kot zanimivost naj omenim, da lahko s pomočjo samo-polnilne celice iz pretoka krvi dobimo 0,16 W električne energije. To zadostuje za na primer oskrbo merilnika glukoze v krvi, ki ga potrebujejo sladkorni bolniki za uravnavanje sladkorja v krvi. Senzor vstavijo v steno žile, nanoelektrarno pa v mišično tkivo, slika 4.10.

Slika 4.10: Samo-polnilne celice za uravnavanje sladkorja v krvi [3].

4.3.4 Obutev in obleka, ki generirata električno energijo s pomočjo samo-polnilnih celic Človeško telo proizvede veliko energije, ki ni izkoriščena. Zato so zgoraj omenjeno samo-polnilno celico vgradili v podplat čevlja. Samo-polnilna celica je sestavljena iz dveh različnih plastičnih, izmed katerih eden lažje oddaja elektrone, drugi pa jih lažje sprejema. Ko človek med hojo položi nogo na tla, med materialoma zaradi tlačne začnejo potovati elektroni. Torej je na enem materialu presežek elektronov na drugem pa primanjkljaj. Ko se noga dvigne, se različno nabita dela ločita in ustvari se električno polje. Zaradi tega material, ki lažje oddaja elektrone, odda še več elektronov. Ob naslednjem koraku električno polje izgine in elektroni stečejo v nasprotno smer. Ta postopek se s hojo ponavlja, električni tok, ki se proizvede, po vodnikih potuje v polnilec baterije neke naprave in ta se napolni. Kako med hojo deluje nanogenerator je prikazano na sliki 4.11.

Slika 4.11: Delovanje samo-polnilnih celic med hojo [3].

11

Na začetku je taka tehnologija proizvedla le majhno količino energije – le toliko, da smo lahko telefon na kratko uporabili. Tehnologijo so izboljšali tako, da so površino enega plastičnega materiala opremili z nanocevkami, drug material pa s prilegajočimi se luknjicami. S tem so povečali stično površino in s tem pretok elektronov. Nov generator lahko sedaj ustvari napetost 5 V in moč 128 mW/cm3 – ustvari dovolj energije, da napolni baterijo mobilnega telefona [3]. Nanogenerator lahko gibanje prsnega koša pretvori v električno energijo. Pri izdihu lahko proizvede 0,17 W električne energije, pri vdihu pa 0,14 W. S pomočjo tega bi lahko zmanjšali ali odpravili potrebe operacijah zaradi menjave baterije srčnega spodbujevalnika. Iz gibanja roke lahko proizvede 0,51 W električne energije, kar je dovolj za delovanje manjše elektronske naprave. Iz gibanje noge lahko pridobimo 11,39 W električne energije, kar je, kot smo povedali, dovolj za polnjenje mobilnega telefona [3]. Znanstveniki so razvili tudi nanogeneratorje, ki jih je možno vgraditi v oblačila. Te za poganjanje manjših naprav izkoriščajo gibanje tkanine. Izdelali so tudi večjo različico v obliki nahrbtnika, s katero je možno napolniti že baterijo prenosnega računalnika ali tablice. Pri tem se izkorišča trenje med nahrbtnikom in telesom, ki nastane med hojo [3].

5 Sklep S pomočjo naprav, ki smo jih spoznali v seminarski nalogi, lahko do neke mere poskušamo rešiti probleme, ki se pojavljajo pri pridobivanju električne energije. Čeprav izkoristki naprav niso visoki, lahko z njihovo uporabo vplivamo na stroške, znižamo povpraševanje, namreč z omenjenimi napravami lahko napajamo tudi manjše gospodinjske aparate. Znanstveniki napovedujejo, da se bo v prihodnosti razvijala podobna oblika pridobivanja energije, s katero bomo lahko napajali tudi večje gospodinjske aparate. K razvoju bo še posebej pripomogel razvoj nanotehnologije tudi na drugih področjih, razvijajo namreč tudi nanogeneratorje, ki za ustvarjanje električne energije izkoriščajo temperaturno razliko. Tudi takšne lahko izkoristimo pri človeškem gibanju, namreč, ko se človek giba, njegova telesna temperatura naraste. Človeško telo proizvede veliko energije, ki večinoma ostane neizkoriščena. V seminarski smo opisali več možnih načinov izkoriščanja človekovega telesa in gibov za pridobivanje električne energije. Z generatorjem lahko izkoriščamo vožnjo na sobnem kolesu. Menim, da bo v seminarski omenjena sobna kolesa začelo uporabljati čedalje več fitnes centrov. Hojo lahko s pridom izkoriščamo s pomočjo nanogeneratorja ali procesa omočenja površine. Nanotehnologija pa je napredovala do te mere, da lahko nanogenerator v električno energijo pretvori celo krvni pretok.

12

6 Literatura [1] A. Papotnik in ostali, Učni načrt – Tehnika in tehnologija (Ljubljana, Ministrstvo za šolstvo znanost in šport, Zavod RS za šolstvo, 2011). [2] Pedal-power [http://www.gulland.ca/homenergy/lindabike.htm]. [3] R.H. Nielsen, Telo kot elektrarna, Science Illustrated, 58, (2014). [4] C. Quilliet, B. Berge, Electrowetting: a recent outbrake, Current Opinion in Colloid & Interface science, 1, 6,

(2001). [5] T. Krupenkin, J.A. Taylor, Reverse electrowetting as a new approach to high-power energy harvesting, [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3265368/], (2011). [6] J. Krautkrämer in H. Krautkrämer, Ultrasonic Testing of Materials (Köln, Springer, 1990). [7] Piezoelektrika [http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity]. [8] Z. L. Wang, G. Zhu, Y. Yang, S. Wang, C. Pan, Progres in nanogenerators for portable electronics,

Materialstoday, 12, 15, (2012). [9] J. Arakaki, P. Lawrence, A. Nakamura, Energy Harvesting From Exercise Machines (California, Californial

Polytechnic State University, 2010). [10] D. Coldewey, »Nanopower« Shoes Could Generate 20W Of Electricity During Walking

[http://techcrunch.com/2011/08/25/nanopower-shoes-could-generate-20w-of-electricity-during-walking/], (2011).

[11] K. Bonson, How Hydropower Plants Work [http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/hydropower-plant4.htm], (2011).

[12] Dinamo [http://sl.wikipedia.org/wiki/Dinamo]. [13] Dinamo [http://www.conrad.si/Visokozmogljiv-dinamo-za-montazo-na-levi-strani-60592.htm?websale8=conrad-slowenien&pi=868091]. [14] Kolo za pridobivanje električne energije [http://3.bp.blogspot.com/-yzk9gCyOIvk/TpcC0BRVGbI/AAAAAAAAAAQ/jLATEvfDgnk/s1600/generator.jpg]. [15] Človeški generator [http://windstreampower.com/wordpress/wp-content/uploads/2011/12/human_power_generator.jpg]. [16] Kolo z mizo [http://www.theatlantic.com/health/archive/2014/01/the-electricity-generating-bicycle-desk-that-would-power-the-world/282692/]. [17] S. Anthony, Generating Electricity with a shoe [http://www.extremetech.com/extreme/108085-generating-

electricity-with-a-shoe], (2011). [18] InStepNanoPower [http://www.instepnanopower.com/2_Technology/Technology.aspx].

13

7 Priloge

7.1 Učni list 1. Dopolni! Dinamo pretvarja ______________________ v ______________________ . Dinamo ima ____________ – nepremikajoči se del, na katerem so pritrjena ____________________________________. 2. Opiši proces omočenja površine. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. Kako pridobivamo energijo s pomočjo generatorja v čevljih pri človeški hoji? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. Preberi trditev in obkroži ustrezno rešitev. • Ob spremembi pritiska na nanogenerator, se vzdolž nanocevke s pomočjo piezomateriala ustvarja električni

naboj. DRŽI NE DRŽI

• Električni naboj se vzdolž nanocevke ustvari zaradi tega, ker se stekli elektroni zberejo na celotni nanocevki. DRŽI NE DRŽI

• Med materiali nanogeneratorja se pojavi statična elektrika. DRŽI NE DRŽI 5. Katero gibanje (poleg hoje) lahko nanogenerator pretvori v električno energijo? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

14

7.2 Rešen učni list 1. Dopolni! Dinamo pretvarja _ mehansko delo_v _električno energijo_ . Dinamo ima _stator_ – nepremikajoči se del, na katerem so pritrjena _navitja iz bakrene žice_. 2. Opiši proces omočenja površine. _Tekočina je prisiljena v premik s pomočjo električnega toka. Kapljica in elektroda sta priključeni na zunanji električni tokokrog, kar zagotavlja napetost med kapljico in površino. Električno polje na robovih elektrolitske kapljice vleče kapljico proti elektrodi in poveča kontaktno površino kapljice. __ 3. Kako pridobivamo energijo s pomočjo generatorja v čevljih pri človeški hoji? ___Ko stopimo s prsti, je tekočina v mehurju v sprednjem delu čevlja pritisnjena na elektrode do mehurja v peti, ko stopimo na peto pa je pretok tekočine ravno obraten. Pretakanje tekočine omogoča rotorju v mikrogeneratorju, ki se nahaja na sredini čevlja, da se vrti. ___ 4. Preberi trditev in obkroži ustrezno rešitev. • Ob spremembi pritiska na nanogenerator, se vzdolž nanocevke s pomočjo piezomateriala ustvarja električni

naboj. DRŽI NE DRŽI

• Električni naboj se vzdolž nanocevke ustvari zaradi tega, ker se stekli elektroni zberejo na celotni nanocevki. DRŽI NE DRŽI

• Med materiali nanogeneratorja se pojavi statična elektrika. DRŽI NE DRŽI 5. Katero gibanje (poleg hoje) lahko nanogenerator pretvori v električno energijo? ___Nanogenerator lahko v električni tok pretvori gibanje prsnega koša, gibanje roke in noge, gibanje oblačil oz tkanine in pretok krvi po žilah. ___