Как сделать сферическое зеркало своими руками

Как сделать параболическое зеркало своими руками

Дата публикации: 13 сентября 2019

Маленькое зеркало из дамской косметички, отражающее поток солнечных лучей, способно с легкостью зажечь пучок сухой травы в ясный день. Эта нехитрая забава известна многим поколениям граждан, проводившим на улице дни летних каникул с утра и до позднего вечера. А что будет, если увеличить площадь зеркала? Несложно догадаться, что в этом случае количество пойманной и отраженной солнечной энергии резко увеличится. И было бы обидно не найти ей достойное применение, тем более что цены на тепло сегодня растут в геометрической прогрессии.

Пытливые умы, знающие физику, быстро догадались сконструировать солнечную печь. Ее первые модели легко подогревали пищу и кипятили воду, но с более сложными задачами справиться не могли. Выходом стала сборка так называемого параболического рефлектора с зеркальной внутренней поверхностью. Солнечный свет, отраженный от изогнутой поверхности и сконцентрированный в одной точке, давал до 1 кВт энергии, причем совершенно бесплатной. Дело оставалось за малым – разместить в точке совпадения лучей емкость для приготовления пищи и следить, чтобы поверхность параболы всегда смотрела прямо на солнце. Минимум затрат и высокая эффективность – неплохо, когда речь идет о дачном или походном быте.

Быстро оценив возможности и перспективы параболических зеркальных систем, ученые сумели задействовать их в масштабных технологических процессах. Сегодня модели диаметром около 50 м успешно используют для обработки тугоплавких материалов, затраты на переработку которых в промышленных условиях целиком поглотили бы ожидаемую прибыль на много лет вперед. Огромные зеркальные конструкции, установленные в высокогорных районах Европы и Америки, дают до 1200 Вт бесплатной тепловой энергии, а температура в точке схождения лучей достигает 3000° С, одновременно расплавляя несколько сот килограммов металлических соединений. Быстро, экономически эффективно и бесплатно – именно так действует параболическое зеркало, превращая убийственную энергию раскаленного светила в полезное и бесплатное тепло.

Параболическое зеркало своими руками: немного теоретической подготовки

Внешне параболическое зеркало напоминает спутниковую тарелку, внутренняя поверхность которой изготовлена из фрагментов зеркал. Попадающий на нее солнечный свет полностью отражается. При этом угол падения равен углу отражения, поэтому отраженный поток света концентрируется в одной точке на небольшом расстоянии от конструкции. Несложные расчеты, касающиеся диаметра и угла наклона стенок зеркала, позволяют увеличить температуру в месте схождения лучей до 2000° С. Этого вполне достаточно, чтобы приготовить вкусное и ароматное мясное блюдо на несколько человек в небольшой металлической кастрюле.

Ложка дегтя в огромной бочке меда от солнечной печи – проблема сборки зеркальной поверхности. Отдельные фрагменты здесь неприемлемы: их будет непросто разместить под одинаковым углом на выпуклой емкости конструкции. А многочисленные швы и стыки ослабляют отраженный солнечный поток, что дает уменьшение объема полученной тепловой энергии. При конструировании сборных параболических зеркал значительных размеров такой проблемы не возникает, т.к. на большой поверхности работать проще. А вот при попытке создать небольшую модель приходится либо собирать тарелку из отдельных зеркальных фрагментов, либо использовать вакуумную технологию наклеивания отражающей пленки.

Последовательность изготовления параболического зеркала своими руками

Прежде чем конструировать модель промышленных размеров, лучше потренироваться, сделав своими руками параболическое зеркало небольшого диаметра. При минимуме затрат вы получите пользу в виде действующей конструкции и отработки возможных ошибок.

• Основой будущего параболического зеркала может стать пластиковая посуда небольшого размера, например, глубокая тарелка или миска, внутренняя поверхность которой имеет выпуклую форму.
• Края выбранной посуды покрывают слоем быстродействующего клея типа «Момент».
• На обработанную клеем поверхность укладывают покрывающий слой пленки. Сделать это лучше следующим образом: фрагмент пленки диаметром, превышающим размеры тарелки, укладывается на стол зеркальной стороной вниз, а посуда кладется сверху и надежно придавливается грузом для быстрой фиксации поверхностей.
• Необходимо выждать, чтобы пленка надежно приклеилась к посуде.

• Теперь получившаяся емкость полностью герметична, напоминает стаканчик йогурта с припаянной сверху крышкой из фольги. Чтобы заставить отражающую пленку принять нужную форму и ровно покрыть внутреннюю поверхность тарелки, необходимо откачать воздух из внутреннего пространства. Для этого подойдет обычный велосипедный насос. Просверлив небольшое отверстие в тарелке, в него вставляется золотник, который фиксируется универсальным клеем. Вставлять золотник нужно обратной стороной, поскольку требуется не накачать, а выкачать воздух из внутренней емкости.
• По мере удаления воздуха образующийся внутри вакуум надежно притягивает пленку к стенкам тарелки.

Конструкция компактного параболического зеркала готова. Остается аккуратно снять насос и заделать отверстие под золотник. Испытать изделие можно в ближайший солнечный день, разместив небольшую металлическую емкость с холодной водой в расчетной точке концентрации солнечного света. Следите, чтобы параболическое зеркало было направлено на светило – это ускорит процесс кипячения. И не забывайте о технике безопасности, своевременно убрав от полезной конструкции легкоплавкие предметы и воспламеняющиеся жидкости.

• Тонкопленочная технология отвоевывает позиции на рынке солнечной энергетики
• Ложка дегтя в бочке с солнечными батареями
• Мастерим солнечную батарею из диодов
• Накопители энергии для солнечных батарей

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Параболическое зеркало своими руками

Инженер Бенджамин, автор Youtube-канала NightHawkInLight, демонстрирует изготовление солнечной линзы своими руками. Его проект — это вогнутое зеркало, сделанное из «космического одеяла» (тонкой полимерной пленки с металлизированным отражающим покрытием) и твердой основы. Его способность фокусировать солнечные лучи позволяет превратить зеркальную поверхность в своеобразную «солнечную горелку». В погожий день температура от пучка сфокусированных лучей солнца достаточно велика, чтобы разжечь уголь, вскипятить воду или даже пожарить что-нибудь на сковороде.

Конструкция примечательна своей дешевизной и простотой изготовления. Натянув одеяло на деревянную раму, Бен придал ему форму выпуклой линзы при помощи обычного велосипедного насоса. Закрепив форму с помощью нескольких отрезов тонкой ткани, пропитанных расплавом стекловолокна, мастер поместил получившееся зеркало в раму из строительного пластика.

Себестоимость одного такого зеркала не превышает $10, так что если вы очень любите пускать солнечных зайчиков. Впрочем, с этой конструкцией следует быть очень осторожным. Мало ли какой солнечный заяц вырвется на свободу.

Источник

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Зеркало для деревянного телескопа своими руками

Зеркало для деревянного телескопа своими руками

Звездное небо всегда тянуло исследователей, наверное каждый хоть раз в жизни мечтал открыть какую-нибудь звезду или созвездие и назвать его в честь близкого ему человека. Представляю вашему вниманию небольшое руководство, которое состоит из двух частей в которых приводятся подробное описание, как сделать с нуля своими руками деревянный телескоп. В этой части будет показано, как вы можете изготовить ключевой элемент телескопа: первичное зеркало.

Хорошее зеркало поможет вам рассмотреть различные детали Луны, планет солнечной системы и других объектов далёкого космоса в то время, как зеркало плохого качества даст вам только расплывчатые очертания предметов.

Зеркала телескопа требуют чрезвычайной точной поверхности. В большинстве случаев отменное качество зеркал достигается путём ручной полировки, а не машинной полировки. Это одна из причин, почему некоторые люди предпочитают изготавливать собственные зеркала, а не покупать дешёвые промышленные образцы. Вторая причина –вы приобретёте необходимые знания по производству высококачественных оптических приборов, а как известно знания за плечами не носить.

Шаг 1: Материалы

• Стакан-заготовка изготовлена из материала с низким коэффициентом расширения (пирекс, боросиликатное стекло, Дюран 50, Церодур, и т.д.);
• Карбид кремния различной зернистости (60, 80, 120, 220, 320 единиц);
• Оксид алюминия (25, 15, 9 и 5 мкм);
• Оксид церия;
• Смола;
• Точильный камень;
• Водонепроницаемая штукатурка (зубной гипс);
• Керамическая плитка;
• Эпоксидный клей.

Шаг 2: Подготовка заготовки

Стеклянные заготовки часто приходят с метками на поверхности. «Круглый знак» в нижней части – оставлен печкой, а верхние отметки – появились в следствии разности температур при охлаждении стекла.

Начнём с обработки кромок стекла, чтобы ограничить риск сколов. Точильный камень является прекрасным инструментом для выполнения данной операции. Не забывайте о средствах индивидуальной защиты органов дыхания и помните о том, что стекло и камень следует смачивать водой (так как стеклянная пыль очень плохо влияет на легкие).

Нижняя часть зеркала должна быть, как можно более плоской (прежде чем начинать работать на нём). Для выравнивания поверхности воспользуемся грубым карборундом (карбид кремния # 60). Распределим порошок и воду на плоской поверхности и потрём стеклом по нём. Через несколько секунд, вы увидите серую пасту. Смойте её и добавьте влажный песок. Продолжайте, пока поверхность не будет очищена от ям и выбоин.

Шаг 3:

Эта приспособа будет использоваться для создания вогнутой поверхности на стеклянной заготовке.

Накроем стекло полиэтиленовой пленкой. Сделаем картонный цилиндр вокруг заготовки и зальём гипс внутрь. Дадим ему высохнуть, после чего снимем картон. Осторожно отделите стекло и обработайте заусенцы на краях.

Шаг 4: Покрытие из керамической плитки

Нам нужна твёрдая поверхность, для того чтобы отшлифовать стекло. Вот почему выпуклость заготовки нужно покрыть керамической плиткой.

Приклеим плитку на гипсовую основу эпоксидной смолой.

Обратите внимание, что следует избегать размещения плитки или отверстий в центре. Вместо этого, немного сместите плитку, чтобы избежать какого-либо центрального дефекта на зеркальной поверхности.

Шаг 5: Начинаем шлифовку

Положим немного влажного песка на поверхность плитки и начнём тереть стекло по ней.

После нескольких проходов, повернём зеркало и продолжим шлифовку в другом направлении. Это обеспечивает хорошую обработку, со всех ракурсов и предотвратит ошибки.

Шаг 6:

Продолжаем шлифовать, пока не получим желаемый изгиб. Чтобы оценить кривизну, необходимо использовать калькулятор из набора измерений Sagitta.

Если вы хотите построить телескоп для наблюдения за планетами, вам понадобится больше фокусное соотношение (F / 8 или выше).

С другой стороны, если вы хотите созерцать просторы галактики и звёздные туманности, вам понадобится небольшое фокусное соотношение (F / 4, например).

Фокусное соотношение F / 4,75. Sagitta моего 20 см зеркала 0,254 см.

Шаг 7: Сглаживаем поверхность

После того, как будет достигнута необходимая кривизна, нужно сгладить поверхность, при этом сохранив ту же кривизну.

Отметьте маркером крупные изъяны и продолжайте шлифовать до полного их удаления. Это будет визуальным подтверждением того, что вы можете переключиться на более мелкий абразив.

Перейдём на карбида кремния # 320. После того, как вы достигли этого шага, вы должны начать видеть некоторые отражения при всматривании в заготовку зеркала.

Шаг 8:

Нам нужно изготовить еще один инструмент для данной операции. Вы можете сделать такую приспособу из гипса или толстой фанеры. Она будет покрыта мягким материалом – смолой.

Смола хвойных деревьев – очень липкая и трудно отчищается.

Сделайте еще один цилиндр вокруг основания приспособы. Растопите большое количество смолы и залейте её в цилиндр. Дайте смоле остыть и снимите картонный кожух. После этого начнём формировать поверхность, необходимо придать ей небольшую выпуклость. Созданные каналы также помогут вам при обработке стекла.

Шаг 9: Полируем

Положите немного влажного порошка церия на смолу и начинайте тереть о нём зеркалом. Церий будет проникать в поверхность смолы. Используйте мыльную смазку, если нужно.

Шаг 10: Изготовляем Фуко тестер

Фуко тестер – инструмент предназначен для анализа поверхности параболических зеркал. Он имеет источник света, который светит на зеркало. Когда свет возвращается, то фокусируется в другом районе (если он пришел от края или центра зеркала).

Тестер использует этот принцип, чтобы вы визуально могли увидеть ошибки в диапазоне от 1 миллионной см. Добавив экран Ronchi к тестеру вы сэкономите время, потому что будете получать представление о поверхности без каких-либо измерений.

Для того, чтобы сделать жизнь проще, сделайте стенд для зеркала. Винт в задней части позволяет регулировать угол наклона.

Шаг 11: Изготавливаем параболоид

После стадии доводки у нас должно получиться полностью полированное зеркало с красивой сферической поверхностью. Тем не менее, сфера не подходит для астрономических целей. Мы должны получить параболоид.

Разница между сферой и параболоидом мала (порядка 1 микрона). Для достижения этой разницы будем использовать тестер Фуко. Так как мы знаем, как должно выглядеть отражение, мы будем делать специальную доводку оксидом церия, пока отражение на зеркале не совпадет с теоретическим.

Внешний вид шлифовки будет напоминать «W». Амплитуда должна быть 4/5 диаметра в поперечном и продольном направлении.

Существует также полный перечень различных приемов, чтобы исправить ошибки конкретной поверхности.

Шаг 12: Контроль поверхности с помощью тестера Фуко

Так выглядит отражение в Фуко тестере, что снабжён сеткой Рончи.

В зависимости от случая (сетка разрезает свет перед радиусом кривизны или после), можно интерпретировать линии и вывести форму поверхности.

Шаг 13: Завершаем зеркало

После того, как поверхность достигнет определённых критериев, можете считать зеркало законченным.

Маска Couder используется для измерений с тестером Фуко.

Шаг 14: Алюминирование

Для того, чтобы полностью завершить поделку, её нужно отправить на алюминирование. В настоящее время зеркало отражает только 4% света. Алюминиевый вклад в поверхность увеличит процент более чем на 90%.

Необязательное дополнение – покрытие из SiO2 поможет защитить металл от любого источника окисления.

Можно добавить отпечаток центра – это помогает при коллимации и не влияет на качество зеркала, так как центр не участвует в формировании изображения, что вы будите видеть в окуляре.

Источник