Изготовление простейшей модели металлоискателя

Муниципальная научно-практическая конференция

«Я- иследователь»

Россия, Забайкальский край, Могойтуйский район, поселок Могойтуй

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 имени В.Р.Гласко»

Исследовательская работа  

«Металлоискатель: в поисках иголки»

Выполнил: Ананенко Иван

ученица 2-б класса МАОУ МСОШ №1

Руководитель: Баранова  Ирина Владимировна,

учитель  начальных классов

МАОУ МСОШ №1

пгт. Могойтуй

2019 год

«Металлоискатель: в поисках иголки»

Ананенко Иван, 2 класс, МАОУ МСОШ №1

Россия, Забайкальский край, пгт. Могойтуй

МАОУ «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 им. В.Р.Гласко»

Аннотация

Цель работы: создать и испытать простую модель металлоискателя для использования дома и в классе..

Задачи: 

1. узнать, что такое металлоискатель и историю его происхождения;
2. рассмотреть разные виды металлоискателей;
3. выяснить принцип работы простого металлоискателя;
4. провести эксперимент по изготовлению металлоискателя  из подручных средств;
5. сделать выводы.

Методы: теоретические, практические.

Новизна исследования: предпринята попытка создать простую модель мобильного металлоискателя из подручных средств в домашних условиях.    

Вывод: создана простая модель металлоискателя с использованием магнита и радиоуправляемой машинки.

«Металлоискатель: в поисках иголки»

Ананенко Иван, 2 класс, МАОУ МСОШ №1

Россия, Забайкальский край, пгт. Могойтуй

МАОУ «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 им. В.Р.Гласко»

План исследования

Проблема: Читая сказки, я наткнулся на выражение «искать иголку в стоге сена». И действительно, как найти иголку в стоге сена? Ведь даже в классе на уроке технологии после шитья многие ребята, уронив иголку на пол, не могут её найти. А ведь иголка маленькая, незаметная. А если дома потерялась иголка на полу? Найти будет её ОЧЕНЬ сложно. А чем можно найти металл? Конечно, магнитом. Но ходить с магнитом по всему классу или дому весьма затруднительно. Можно пропустить щёлку в полу, или иголка запуталась в ворсинках паласа, или под  шкафом, или около ножки стола или стула? Думаю, проблем в поиске иголки много. И я решил создать модель металлоискателя для дома и школы.

Объект исследования: металлоискатель.

Предмет исследования: изготовление простой модели металлоискателя.

Гипотеза: предположим, что металлоискатель можно изготовить в домашних условиях, и он может принести пользу в школе и дома.

Методы:1.Теоретические:  изучение литературы и источников сети Интернет;

                2. Практические исследования: изготовление металлоискателя.    

                3.Анализ результата  исследования.

Библиография:

1. Детская энциклопедия. 1001 вопрос и ответ/ Под ред. В.Иген и Н.Чемпиона; Пер. с англ.     А .А. Бряндинской.-М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2004.
2. «Металлоискатели своими руками.» Автор: Корякин-Черняк С. Л., Семьян А. П. Изд.: Наука и техника., 2009.
3. https://www.babyblog.ru
4. https://fasaddomstroy.ru
5. https://samelectrik.ru
6. https://redmag.by/blog/58-mozhno-li-sdelat-poiskovyj-magnit

«Металлоискатель: в поисках иголки»

Ананенко Иван, 2 класс, МАОУ МСОШ №1

Россия, Забайкальский край, пгт. Могойтуй

МАОУ «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 им. В.Р.Гласко»

Оглавление

            Введение…………………………………………………………………………..5

1. Металлоискатель: история и современность……………………………………6-8
2. Виды металлоискателей………………………………………………………….8-9
3. Принцип работы простого металлоискателя…………………………………...10-11
4. Практическая часть. Создание модели металлоискателя………………………11-12
5. Заключение………………………………………………………………………..13

           Приложения

«Металлоискатель: в поисках иголки»

Ананенко Иван, 2 класс, МАОУ МСОШ №1

Россия, Забайкальский край, пгт. Могойтуй

МАОУ «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 им. В.Р.Гласко»

Научная статья

 Введение

        Читая сказки, я наткнулся на выражение «искать иголку в стоге сена». И действительно, как найти иголку в стоге сена? Ведь даже в классе на уроке технологии после шитья многие ребята, уронив иголку на пол, не могут её найти. А ведь иголка маленькая, незаметная. А если дома потерялась иголка на полу? Найти будет её ОЧЕНЬ сложно. А чем можно найти металл? Конечно, магнитом. Но ходить с магнитом по всему классу или дому весьма затруднительно. Можно пропустить щёлку в полу, или иголка запуталась в ворсинках паласа, или под  шкафом, или около ножки стола или стула? Думаю, проблем в поиске иголки много. И я решил создать модель металлоискателя для дома и школы.

         Для решения проблемы исследования необходимо было узнать историю создания металлоискателей, принцип работы простого металлоискателя и найти подручные средства для изготовления металлоискателя в домашних условиях. И самое важное- провести испытания моего металлоискателя в школе и дома. Основная цель исследовательской работы – создать такую модель металлоискателя, которую сможет сконструировать даже первоклассник.

         Актуальность  исследования: на данный момент в школе и дома отсутствует предмет для поиска металла, а с магнитом в руках исследовать разные места и уголки дома, в школе, в гараже не очень удобно. Также проведение данного исследования и создание простого металлоискателя расширяет мои знания в области создания разных технических моделей, так как  в будущем планирую стать конструктором

         Практическая значимость моей исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы в повседневной жизни как взрослыми, так и детьми. Созданная модель  металлоискателя поможет решить проблему поиска мелких металлических деталей: иголок, скрепок, булавок, кнопок, мелких гвоздиков, болтиков, гаек. Это позволит обеспечить быстроту поиска металлических деталей и оградить кожу от прокалываний острыми мелкими предметами.

«Металлоискатель: в поисках иголки»

Ананенко Иван, 2 класс, МАОУ МСОШ №1

Россия, Забайкальский край, пгт. Могойтуй

МАОУ «Могойтуйская средняя общеобразовательная школа №1 им. В.Р.Гласко»

1. Металлоискатель: история и современность

       Металлоискатель – в современном понимании это электронный прибор, способный обнаружить предметы из металла находящиеся в слабопроводящей или нейтральной среде, и есть металлоискатель. Он способен обнаружить металл в любом месте, будь то грунт или вода, стены, древесина, продукты, багаж, одежда, организм животного или человека и так далее. 

         Существует металлоискатель намного дольше, чем многие могут себе представить. В древних Китайских документах были найдены свидетельства того, что металлодетекторы использовались за двести с лишнем лет до нашей эры, то есть ранее 200 года до н.э. У Китайского императора имелась специальная арка в дверном проёме, работающая как детектор металла и предназначенная для защиты от врагов. Императорские умельцы создали каркас этой арки из магнитного минерала - магнетита, по-видимому, форма каркаса напоминала подковообразный магнит. Используя нагрев и ковку магнетита кувалдами, удалось создать устройство, способное притягивать металл. Если кто-то попытался скрытно пронести какой-либо металлический предмет типа холодного оружия, например, меч или кинжал, то эти предметы притягивались аркой и нарушителя быстро задерживали.

        А дальше история происходила в Америке. В начале XX века в США был изобретен первый металлоискатель. Первоначально он разрабатывался для предотвращения воровства металлических деталей с заводов и фабрик. Но очень быстро обратили внимание и на возможности его применения в промышленных и военных отраслях. Во время 2 мировой войны металлоискатели широко использовались всеми воюющими сторонами для поиска мин.

         И все же первый полноценный металлоискатель будет изобретен намного позже. Человечество изобрело электричество, изучили свойства магнита, узнали про ультразвуки, про магнитное поле Земли. Иногда так бывает, что неординарные обстоятельства вызывают таких же неординарных решений. Так и случилось с изобретением первого детектора металлов.

1881 год, Вашингтон, железнодорожный вокзал. Выстрелом в спину смертельно ранен Джеймс Гарфилд – 20-й президент соединенных штатов. Врачи не могут точно обнаружить и достать пулю из тела. А ведь от этого зависит жизнь президента. И тут предложил свою помощь молодой и талантливый физик из Шотландии – Александр Грэм Белл. Он быстро изготовил первый рабочий прототип металлоискателя. Прибор отлично работал в лаборатории, но отказался нормально работать у металлической кровати, на которой лежал раненый президент. Он реагировал на металл кровати, и это сделало невозможным обнаружение пули. Врачи запретили переносить президента и … президент скончался.

         1930 год, соединенные штаты, немецкий эмигрант Герхард Фишер разрабатывает систему радиопеленгации, для точной навигации самолетов. Система работает нормально, но замечена аномальная работа системы в районах, где есть значительное содержание железных руд. Фишер решил, раз радиолуч искажается от наличия металлов, значит воспользовавшись этим эффектом можно спроектировать металлоискатель. «Металлоскоп» - именно так назывался промышленный образец, а в 1937 он был запатентован.

         В это время в СССР, военный инженер Кудымов Б. Я. создает свой «миноискатель». Улучшенный миноискатель с 1939 года применяется войсками в Советско-Финской и Великой Отечественной войнах. После войны устаревшие «миноискатели», списывались и распродавались. Таким образом они впервые попали к людям в руки. Возможности металлоискателя были быстро оценены и им начали искать старинные реликвии и клады.      Конечно, спрос на металлоискатели у населения значительно возрос.

         В наше с вами время металлодетекторы стали «умными» приборами. Они могут: обнаружить цель (металлическую), определить ее точное место расположения, тип металла (по проводимости), с достаточно большой вероятностью оценить и выдать размер цели, сообщить на какой глубине она находится.    Различные модели металлоискателей работают по-разному. Это связано с физикой явления распространения электромагнитных волн. Так металлоискатели одни могут находить предметы глубоко, но большого размера. При этом на поверхности земли они не в состоянии заметить металлические предметы. Другие приборы хорошо обнаруживают мелкие объекты, но не могут находить предметы в глубине почвы.  

         Инженеры компании Nokia изобрели мобильный телефон, оснащенный возможностями металлоискателя (еженедельник NewScientist). При появлении вблизи мобильного телефона – металлоискателя какого-либо металлического предмета, сигнал катушки-передатчика отражается от него и попадает в приёмную катушку, после чего металлоискатель издает звуковой сигнал. Металлоискатель – телефон, позволяет обнаружить спрятанное оружие, определить место нахождения электрических кабелей или найти потерянные предметы.

        Таким образом, история развития металлоискателей продолжается!

2. Виды металлоискателей

        Металлоискатель в современном мире имеет большое практическое назначение. Его используют в различных сферах деятельности человека.

           В охранных структурах и криминалистике металлоискатель применяется сейчас шире, чем где-либо. Любой человек сталкивался с подобными приборами при входе в банк, аэропорт, вокзал. Прежде всего – это «ворота», при проходе через которые можно обнаружить даже незначительные металлические предметы. Бывает, в человеке после хирургической операции остается металлический объект (например, титановые стержни при переломах костей). Тогда на помощь секьюрити приходит небольшой металлоискатель для личного досмотра. Им без труда и с высокой точностью локализуется подозрительный предмет. Подобными приборами обязательно оснащены подразделения внутренних войск, охраняющие места лишения свободы. На Западе террористы часто практикуют посылку писем с заложенными в них взрывчатыми устройствами, в основном – в средства массовой информации. Пытаясь защититься от этого, крупные учреждения имеют специальные приборы для проверки входящей почтовой корреспонденции.

        Ни одно уважающее себя предприятие по производству пищевых продуктов, будь то кондитерская фабрика, или колбасный цех, не обходится без металлоискателя.    

         Незаменимы  металлоискатели в строительстве и в процессе ремонтных работ. Подумайте, как обойтись без этого прибора, если Вам нужно составить проект реконструкции старого здания или необходимо проследить, как проходит в земле трубопровод или электрический кабель; или просто вы хотите просверлить электрической дрелью отверстие в стене своего дома, то незнание расположения проводки может стоить Вам жизни. Спасти Вашу жизнь или избавить от ненужной работы поможет металлоискатель.

         В процессе обработки древесины, особенно поступающей из пригородных лесов, в стволах попадаются гвозди и другие металлические предметы. Избежать поломки пилы или другого оборудования можно только, проверив древесину металлоискателем. Специальная рамка, установленная перед циркулярной пилой, автоматически остановит транспортер при обнаружении металла в древесине.

          При сортировке мусора на мусороперерабатывающих предприятиях возникает необходимость избавить, например, макулатуру от металлических предметов. Хорошо, если предметы – железные, и их можно удалить магнитом. Обнаружить и удалить немагнитные металлические объекты можно только индукционным металлоискателем.

         При добыче полезных ископаемых, особенно самородного золота, металлоискатель просто незаменим.

         Археологу металлоискатель поможет определить наиболее перспективное место для детальных раскопок, даст возможность извлечь интересные находки там, где сплошные раскопки просто невозможны по разным причинам.

           Различные модели металлоискателей работают по-разному. Так металлоискатели одни могут находить предметы глубоко, но большого размера. При этом на поверхности земли они не в состоянии заметить металлические предметы. Другие приборы хорошо обнаруживают мелкие объекты, но не могут находить предметы в глубине почвы.

         Глубинный металлоискатель- (глубина обнаружения — около 4 м) предназначен для поиска больших глубинных целей, таких как сундук с золотом. Отличительной особенностью данного вида металлоискателей является то, что он реагирует не только на металлы, но и на любые изменения в глубине грунта (переходы от одной почвы к другой, старые фундаменты зданий и т. д.). Глубина обнаружения объектов от 50 см до 3 метров.

         Грунтовый металлоискатель — предназначен для поиска кладов, монет и ювелирных изделий. Глубина обнаружения объектов от 20 см до 1 метра.

         Военный металлоискатель (миноискатель)  предназначен для поиска преимущественно мин. Глубина обнаружения мины от 20 см до 1 метра.

Досмотровый металлоискатель- ручной металлоискатель предназначенный для служб безопасности. Служит для обнаружения на теле человека металлических предметов (пистолет, нож).

Арочный (рамочный) металлоискатель — досмотровый металлоискатель, используемый для контроля больших потоков людей, например, в метро, на вокзалах. Представляют собой рамку, через которую проходит человек.

3. Принцип работы простого металлоискателя

       Различные модели металлоискателей работают по-разному. Но они все связаны с работой и свойствами магнитов.

       Природные магниты, называемые магнитной рудой, образуются, когда руда, содержащая железо или окиси железа, охлаждается и намагничивается за счет земного магнетизма. Постоянные магниты обладают магнитным полем при отсутствии электрического тока.

         Временные магниты — это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. В качестве примера можно привести скрепки и гвозди, а также другие изделия из «мягкого» железа.

        Электромагниты представляют собой металлический сердечник с индукционной катушкой, по которой проходит электрический ток.

        Если говорить упрощенно, то магнит - это тело, которое умеет притягивать железо. Или: магнит - это объект, сделанный из определенного материала, который создает магнитное поле.

         Магниты состоят из миллионов молекул (частей), объединенных в группы. Каждая группа ведет себя как природный магнит, имеющий северный и южный полюс. Железо имеет множество магнитных групп, которые можно сориентировать в одном направлении, т.е. намагнитить. Группы  в пластмассе, резине, дереве и остальных материалах находятся в беспорядочном состоянии, их магнитные поля разнонаправлены и потому эти материалы не могут намагничиваться.

      Устройство простого металлоискателя можно представить очень просто:

         Большинство простых моделей являются приборами «прием-передача». Принцип работы металлоискателя такого типа достаточно прост, он основывается на передаче и приеме электромагнитного излучения. Главной частью устройства этого типа являются две катушки. Передающая катушка излучает волну, поисковая — принимает. Передающая катушка излучает электромагнитные волны, которые свободно проходят сквозь нейтральную среду, например почву, ткань, дерево.. В случаях, когда на пути электромагнитной волны встречается металлический предмет, они отражаются от него, и прибор получает отраженную волну. Срабатывает сигнал, который информирует человека о нахождении цели. Иначе говоря, можно описать так:  магнит передаёт свою силу, металлический предмет  принимает и отражает её в виде звука или притяжения.

       Можно сделать вывод, что при создании металлоискателей используют магнит, электричество, которое есть в металлических предметах и электромагнитные волны, которые излучают металлические предметы.

4. Практическая часть. Создание модели металлоискателя

           Изучив свойства магнита, устройство простого металлоискателя, я стал искать подручные средства в доме, которые мне бы помогли создать свой металлоискатель. Также я оценил свои знания и умения: я ещё не знаю и не умею собирать электрические цепи, создавать катушки для электромагнитных волн, использовать датчики. Поэтому я решил создать самую простую модель металлоискателя, основанную на свойствах магнита притягивать металлические предметы и свойство металлических  предметов намагничиваться в  присутствии рядом магнита. Также хотелось создать на ручной металлоискатель, а мобильный, которым можно управлять как детской машинкой.

     Для создания понадобилось:

- 2 магнита;

- металлическая пластина;

- радиоуправляемая машинка;

- жидкие гвозди.

    Сразу хочу сказать, что машинка была неисправна. С помощью папы мне удалось её наладить. И папа мне подсказал, что батарейки в машинке будут постоянно «садиться» , а если я ей буду пользоваться часто, то батарейки в любой момент могут не сработать. Поэтому в корпус питания мы поставили батарейку от телефона. То есть, машинку можно будет заряжать с помощью  зарядки от телефона.

      Следующий этап работы: нужно было к корпусу машинки снизу  приклеить металлическую пластину  длиной 15 см и шириной 2см. Размеры пластинки выбраны исходя из размера самой машинки.

     Последний этап сборки  металлоискателя: найти магниты и приклеить их к металлической пластине так, что бы они были направлены на пол, т.е. снизу пластины. А вообще, разницы в расположении магнитов я не заметил. Магнит передал своё свойство примагничивания  металлической пластине.

      Заключительный этапом создания металлоискателя было его испытание:

1. Сначала проверили работоспособность машинки, как она двигается, можно ли ею управлять. Это испытание прошло успешно: машинка в исправном состоянии.
2. После сборки магнитов провели опыт: на пол уронили иголки, скрепки, кнопки. Металлоискателю удалось собрать все детали.
3. В гараже у папы также провели испытание по поиску мелких болтов и гаек, мелких гвоздиков. Большие болты металлоискатель обнаружил, но собрать не смог, так как не позволяло расстояние между дном машинки и проверяемой поверхностью.
4. Такие же испытания провели в классе. Все потерянные иголки нашлись.

       При испытаниях я заметил небольшие недостатки созданной модели металлоискателя:

1. магнит притягивает меньшее количество металлических предметов.
2. магнит оказывает силу притяжения на небольшом расстоянии.

      Доработку модели вижу в следующем (после того, как я испытал магнит большего размера, был сделан такой вывод);:

1. магнит большего диаметра будет притягивать большее количество металлических предметов;
2. магнит большего диаметра имеет большую силу притяжения и на большем расстоянии оказывает свое воздействие.

          Таким образом, созданная мною модель работоспособна и проста в сборке. На сборку было потрачено около 2-х дней, также понадобилась помощь папы.  Одноклассники положительно отнеслись к моей модели и даже заинтересовались принципом работы металлоискателя. А ещё с братом мы сделали металлоискатель на штанге и искали гвозди на огороде.  В дальнейшем планирую работать над его развитием и совершенствованием, более подробно изучив законы физики и физику в старших классах.

5. Заключение

        Таким образом, в ходе исследования  была изучена история создания металлоискателя, которая насчитывает 6000 ЛЕТ!  А  применение металлоискателей в современном мире  играет  важную роль и дальше развивается. Металлоискатели используются для нахождения металлов в разной среде. Металлоискатель обнаруживает металл в грунте, воде, стенах, в древесине, под одеждой и в багаже, в пищевых продуктах, в организме человека и животных и т. д. Кроме того, металлоискатели — незаменимые помощники во время поиска сокровищ и кладов. И человечество продолжает работать над портативными металлоискателями, которые может иметь в кармане каждый человек.        В результате исследования пришли к мнению, что металлоискатель – важная часть в  жизни человека 21 века. Он помогает раскрыть тайны земли, вернуться в прошлое истории человека. Металлоискатели  нужно изучать и совершенствовать.

         Выполнив исследовательскую работу, удалось подтвердить гипотезу исследования: удалось создать модель металлоискателя из подручных средств, и она принесла пользу в школе и дома. Также была предпринята попытка создать металлоискатель, который может собрать  без помощи взрослых даже первоклассник.