Изготовление параболического зеркала 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.

lazy placeholder

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.

lazy placeholder

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.

lazy placeholder

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.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Как сделать параболическое зеркало своими руками. Параболическое зеркало. Или варим суп без огня. Серебрение с помощью химии

Эта статья предназначена для тех астрономов-любителей, которые уже наигрались с биноклем и телескопом-рефрактором, рассмотрели фазы Венеры, кольца Сатурна и спутники Юпитера, и хотят чего-то менее скучного и более потрясающего. Например, в 1000 крат с огромным объективом. Сделать такое на одних линзах невозможно: дают так называемую хроматическую аберрацию, которая проявляется в виде радужных ореолов вокруг объектов, тем более сильных, чем сильнее увеличение телескопа.

Поэтому встаёт задача собрать самодельный телескоп-рефлектор, то есть телескоп на зеркалах. В его простейшей форме он состоит из двух зеркал (объектива и диагонального) и одной линзы-окуляра.

Читайте также:  Домик для лесовичка своими руками

Где достать

Главное зеркало-объектив телескопа-рефлектора — самая важная и ответственная его часть. И она же — самая сложная в изготовлении. Найти готовое зеркало такого типа практически невозможно.

Хотя есть один способ: можно сделать такое из вогнутой или выпукло-вогнутой линзы. Найдите вогнутую или выпукло-вогнутую линзу самого большого размера, какого только сможете найти. Важно, чтобы фокусное расстояние было как можно выше, а, значит, вогнутость как можно меньше: от слишком мощных вогнутых линз требуется не сферическая, а параболическая форма, а это уже совсем другой дефицит, который никак не сымпровизируешь.

Самый надёжный расчёт — это найти плосковогнутую диаметром в 10-12 см и оптической силой в 1 диоптрию. Поищите её в оптических магазинах. Самодельный телескоп в 1000 крат, таким образом, не получится, но кое-что сделать с таким можно.

samodelnyi teleskop reflektor 01

Серебрение с помощью химии

Затем надо заняться серебрением, чтобы получить зеркало. Приготовьте раствор, который называется реактивом Толленса. Для того чтобы приготовить этот реактив, нужны: нитрат серебра (ляпис), едкий натр (каустическая сода) и раствор аммиака.

В комплект к этому реактиву ещё понадобится формалин (раствор формальдегида). На 10 мл воды растворите 1 г нитрата серебра, на другие 10 мл воды — 1 г едкого натра. Смешайте эти растворы, должен выпасть белый осадок. Приливайте раствор аммиака, пока осадок не растворится. Этот раствор и есть реактив Толленса.

Чтобы использовать его для серебрения, следует налить его в вогнутую часть, предварительно тщательно очищенную от любых загрязнений. Если очень слабовыраженная вогнутость, следует сделать по её краю барьерчик из воска или пластилина.

samodelnyi teleskop reflektor 02

Налив реактив, следует начинать частыми каплями добавлять в него формалин. Вскоре образуется плёнка серебра, и она превратится в вогнутое зеркало. Имейте в виду, что реактив Толленса не хранится долго, использовать его надо сразу после того, как он приготовлен.

Есть и способы изготовить вогнутую поверхность самостоятельно, в первую очередь — вышлифовывание на стеклянных кругах вогнутой поверхности. Однако эти способы слишком сложны, и не рекомендованы к использованию начинающими.

Таким же способом, как и вогнутое, следует изготовить диагональное зеркало. Оно должно быть идеально прямым; для его изготовления подойдёт плоская сторона любой плосковыпуклой или плосковогнутой.

samodelnyi teleskop reflektor 03

Сборка телескопа

Труба должна быть открытой с одного конца и закрытой с другого, и изнутри выкрашенная самой чёрной краской, что только сможете найти. Диаметр трубы должен быть в 1,25 раза больше диаметра зеркала-рефрактора, если Вы использовали для изготовления линзу диаметром в 100 мм, возьмите трубу диаметром в 125 мм.

В донце трубы, точно по центру, закрепите зеркало-объектив. Чтобы это удобно было делать, донце лучше предусмотреть съёмное. Крепить объектив к донцу можно, к примеру, суперклеем.

samodelnyi teleskop reflektor 04

Сделайте отверстие ближе к открытому концу трубы. Чтобы высчитать нужное положение для отверстия, отсчитайте от открытого конца трубы её радиус. Там и должен располагаться центр отверстия. В этом отверстии будет укреплён окуляр (перпендикулярно трубе).

Оно должно висеть на оптической оси под углом в 45 градусов. Если угол выдержан правильно, то при взгляде в окуляр Вы будете видеть изображение. Если с первого раза не получится, поэкспериментируйте с углом.

ba2f2a
Телескоп это точный оптический прибор, поэтому при изготовлении необходимо соблюдать аккуратность. Перед этим необходимо произвести расчёты конструкции и мест установки элементов. В интернете существуют онлайн калькуляторы расчёта телескопов и грех этим не воспользоваться, но азы оптики знать тоже не помешает. Мне понравился калькулятор.

При выборе размера зеркала (диаметр 114мм) мне кажется выбрал золотую середину, с одной стороны такой размер ходовой и уже не совсем маленький, с другой стороны стоимость не такая огромная, чтобы в случае фатальной неудачи пострадать финансово. Тем более главная задача была пощупать, разобраться и научиться на ошибках. Хотя, как говорят на всех форумах, самый хороший телескоп это тот, в которой наблюдают.

И так, для своего первого, надеюсь не последнего, телескопа я выбрал сферическое главное зеркало с диаметром 114мм и алюминиевым покрытием, фокусом 900мм и диагональным зеркалом, имеющего форму овала с малой диагональю в один дюйм. При таких размерах зеркала и фокусного расстояния различия форм сферы и параболы ничтожны, поэтому можно использовать недорогое сферическое зеркало.

349c9e

Зная параметры зеркала, можно делать расчёт телескопа на вышеупомянутом калькуляторе. Сразу не всё понятно, но по мере создания всё становится на свои места, главное, как всегда, не зацикливаться на теории, а совмещать её с практикой.

8ce469
Под спойлером некоторые фото этого процесса.

Узел диагонального зеркала

9bd152

afcaa1

2347cd

46272a

8993cc

4b35fc

fc7953

5aae50
Крепление главного зеркала делал из двух дисков фанеры толщиной 12мм. Один с диаметром под трубу 152мм, второй с диаметром главного зеркала 114мм. Зеркало ложится на три кружка приклеенных к диску кожи. Главное, чтобы зеркало не было жёстко зажато, я прикрутил уголки, обматал их изолентой. Само зеркало удерживается штрапсами. Два диска имеют возможность двигаться друг относительно друга для регулировки основного зеркала с помощью трёх регулировочных болта М6 с пружинами и тремя стопорными болтами, тоже М6. По правилам в дисках должны быть отверстия, для охлаждения зеркала. Но так как у меня телескоп дома храниться не будет (будет в гараже), то и температурное выравнивание не актуально. Второй диск в таком случае заодно играет роль пылезащитной задней крышки.

Читайте также:  Герметизация швов балкона своими руками

b421c6

На фото крепление уже с зеркалом, но без заднего диска.

268fed
Фото самого процесса изготовления.

Крепление основного зеркала

24064a
830298

8e8c92
Оранжевые круги это отпиленные кругляки трубы, в которые вставлены круги из 18мм фанеры и залитые эпоксидной смолой. Получилась составная часть подшипника скольжения.

fc80f2
В местах опирания деталей прикручены кусочки тефлона, позволяющие легко и без рывков перемещать детали одну относительно другой.

После сборки и примитивной настройки прошли первые испытания.

Снимал с руки мобильником. На тот момент был только один 6мм окуляр, степень увеличения это отношение фокусных расстояний зеркала и окуляра. В данном случае получается 930/6=155 раз.
Испытание номер 1. До объекта 1км.

b53166

7ecdd6
Номер два. 3км.

Понятно, что зеркала далеко не все расходы на постройку. Вот далее список того, что было куплено кроме этого.

Параболическое зеркало для телескопа-рефлектора при помощи самодельного ЧПУ-станка

Вы видели, сколько сейчас стоит рефлектор с зеркалом диаметром в 18 дюймов (почти 46 см)?
Поэтому мой парк безумных инженерных идей пополняется новым пунктом!

Идея в том, чтобы при помощи закрепленной на вращающейся штанге фрезы наносить концентрические канавки с уменьшающимся радиусом и увеличивающейся глубиной при каждом новом круге. Таким образом мы получаем ступенчатую поверхность, близкую к параболоиду вращения, т.к. все изменения положения фрезы и глубины её погружения будут рассчитываться при помощи параболической функции. Далее поверхность покрывается эпоксидной смолой и при помощи быстрого вращения заготовки равномерно распределяется по поверхности, заполняя «ступеньки» и приводя поверхность к максимально близкой к параболоиду.

Основные проблемы, с которыми я точно столкнусь:

Всегда хотел иметь телескоп для наблюдения за звездным небом. Ниже приведена переводная статья автора из Бразилии который смог сделать зеркальный телескоп своими руками и из подручных средств. Прилично при этом сэкономив.

8b10e8a509523188abcf8b0a787aeec4

Каждый любит смотреть на звезды и смотреть на Луну в чистом ночном. Но иногда мы хотим видеть далеко. Мы хотим видеть его рядом. Тогда человечество создал телескоп!

Сегодня
мы имеем много видов телескопов, включая классический рефрактор и рефлектор Ньютона. Здесь, в Бразилии, где я живу — телескоп «роскошь». Он стоит между R$1,500.00 (около США$ 170.00) и Р$ 7,500.00 (долларов США 2,500.00). Легко найти рефрактор на R$500,00, но это рядом 5/8 заработной платы, учитывая, что у нас много бедных семей и молодых ожидая лучшей жизни состояние. Я один из них. Затем я нашел способ смотреть на небо! Почему бы нам не сделать наш собственный телескоп?

Еще одна проблема здесь, в Бразилии, что у нас очень маленькое содержание о телескопах.

Зеркала
и объектив не особо дорого. Так, у нас нет условий для покупки потом. Простой способ сделать это, используя вещи, которые больше не являются полезными!

Но где найти эти вещи? Легко! Телескоп рефлектор сделан из:

— Первичное зеркало (вогнутое)

— Вторичное зеркало (план)

— Оптическая линза (самое сложное!)

Где найти эти вещи?
— Вогнутые зеркала используются в салонах красоты (макияж, магазины, парикмахерская и т. д.);

— Плоские зеркала находятся во многих вещах. Вам просто нужно найти небольшое зеркало (около 4 см2);

— Оптическая линза выносливее найти. Вы можете получить его из сломанной игрушки или сделать это самостоятельно. (Я использовал старый объектив 10х из сломанного бинокля).

— Можно использовать водопроводные трубы (что-то между 80 мм и 150 мм в диаметре), но я использую пустой чернила олово и полотенца олова.

— Какие-то черные брызги.

Вы
нужны трубы из ПВХ, разъемы и несколько картонных рулонов тоже.

Вы можете использовать горячий клей или силиконовая паста.

Так что, нет больше ждать! Давайте это началось!

Шаг 1: Расчет оптических компонентов

fb36f0ca9c1bf565e9fbf6b3496b4ead

Я получаю 140 мм Диаметр вогнутого зеркала с Сагита от 3.18 мм (измеряется штангенциркулем).

Но сначала вы должны знать, что зеркало Сагитта. В глубине зеркала (расстояние между самой нижней частью поверхности и высоты границ).

Зеркало радиусом (R) = д / 2 = 70 мм

Радиус кривизны (Р) = Р2 / 2С = 770.4 мм

Фокусное расстояние (F) = р / 2 = 385.2 мм

Светосилой (Ф) = Ф / д = 2.8

Теперь мы знаем все, что нам нужно сделать наш телескоп!

Шаг 2: оформление основной трубки

a0b7a4fc93ddda1f15baeef8b3894fafacd8f3a063dbfe17101aaa182ae3955c08dc6e95ed9d0bfc81cc1c973f340904730d678995e1a61bc0a613f488e567cc
8bc9bd9fca97a39d66782d3dd561c7d71d49906d2a11fa5062b396cd466f8124

По странной случайности наши краски идеально подходят для полотенца жесть!

Сначала нужно удалить краску на дне не можем.

Затем нужно измерить расстояние между вогнутого зеркала и окуляра месте. Для этого нужно учитывать радиус баллончик с краской.

Затем мы отмечаем высота 315 мм. Это около 30 см.

Читайте также:  Гравийная дорожка на даче своими руками

На этой высоте, мы делаем отверстие в баллончике, как на фото. В данном случае, я сделал отверстие около 1,4 дюйма, чтобы соответствовать разъем ПВХ.

Как вы можете видеть на следующем фото, в зеркало прекрасно вписывается в может.

Шаг 3: Монтаж на плоскость

44d22814a6ee80141a2cf6976b526af6426ef7a0b84342a6e9f47b89e40e101e
84c3a7ec520f0b56fa98a44431ffac19
ed841a45e214aa592bc9e022d50f1fbf
bf26b1b8cc92d00c1cd68bdee81351bd
e4f3b703d348bc1edbe9ea62745eede6
dad481bb81cc225db9d3927937907f87
47487dbfd53eb4e6bedf1d969ab19bca
c73aae5b7f27a0999a20e6c59595442e
c40d5a162d399870fd14b5079df06cf1
53b5c3e45daa4dea5ec8b22d43079c8809484b1b147404baca693c4bf95ea18a

Я решил исправить для поддержки зеркала через 3 точки, как на чертеже.

Подходит к зеркалу плоскости, я использовал две деревянные палочки и маленький деревянный треугольник с 45°.

Затем я сделал некоторые меры. С дрелью, я сделал отверстия вставить палочки.

Потом я вычислил расстояние между центром зеркала и ручки отверстия. Это 20 мм.

Сделать отверстия в банку с краской, со сверлом.

Так я поправил палки до плоскости зеркала, когда наблюдаются глазные отверстия, показывают мои собственные глаза.

*Я прикрепил зеркало в поддержке с горячим клеем.

Шаг 4: Фокус корректировки

0f312a6ec1ac158e8e70a4878207c6b8b659a29fad6e15a3cb92fb0d654ce7204b01f5c1748c4166e9e01efcbdfc2097
c85ac334eea6a85fcceacc7133a4bdd6

Я использовал постамент микрофон в качестве штатива для телескопа. Установлены с лентой и эластичной.

Чтобы найти очаг, мы должны стремиться солнце с телескопом. Очевидно, никогда не смотрите на солнце через телескоп!

Положил бумагу в передней части глазного отверстия и найти меньшее световое пятно. Затем измерьте расстояние между отверстием и бумаги, как на рисунке. Я с расстояния 6 см.

Это расстояние необходимо между отверстием и окуляр. Чтобы соответствовать окуляра я использовал картон рулон (от туалетной бумаги), порезанные и исправлено с немного скотча.

Шаг 5: Поддержка & Наряд

e7be0b87cafab977b08a4c7b9f6af373
73e7ad9497dd3151376e1479d735a275
32f725fa8c80c2264752566f30d52b4e

Что-либо в трубе внутри должен быть черным. Это предотвращает свет отражая в других направлениях.

Я нарисовал чернилами снаружи жесть черная только на внешний вид. Я тоже гнал заколки, чтобы держать лучше полотенца олова в краску олова.
Некоторые другие barretes провести лучше вторичного зеркала палочки… а потом я починил «гнездо для штатива ПВХ» с заклепкой и горячий клей.

Я намазал золотой пластиковой кромкой в верхней части чернил олова, чтобы сделать его красивым.

Шаг 6: тесты и итоговые соображения

2b9dc021badb332c6715982ef1002f8db6675d14a5f74717b57c054de02b5c95528da546271d6a03f069ce90b736c4c6

Я ждал темноты, как ребенок ждет Рождественского подарка. Затем наступила ночь, и я вышел на улицу, чтобы проверить свой телескоп. И вот результат:

Как мы знаем, очень трудно фотографировать на телескоп.

Забрал наконецто вакуумный коллектор на 20 трубок, буду из них собирать концентратор. 1-на трубка наполненая водой (3л.) нагрелась с 20*С до 68.3*С (кипяток на ощуп) за 2 часа 40 минут. За окном 26 мая, на солнце 42*С в тени 15*С время проведения эксперимента с 16,27 до 18,50 солнце садится.
А в концентраторе замер показал 19 минут! до тех же 68*С. Скорость можно увеличить, увеличив площадь концентратора, но тогда возрастает парусность и ухудшается целостность конструкции.
Площадь концентратора составляет 1,0664м.кв.(62х172см.)
Фокусное расстояние 16см.
Покупаете 1-ну вакуумную трубка, а снимаете с неё как с 7-ми в моём варианте, если считать по площади. Внизу видео одного из первопроходцев, которая натолкнула меня на мой подвиг.

Столкнулся пока с проблемой плохой склейки акрила с клеем для зеркал. Легко отклеилось от основы. Также клей для зеркал очень мягкий и система «гуляет» нужно усиливать конструкцию.
сказал (а):
По совету FarSeer; я расположил ось горизонтально (ориентация восток-запад для зимы). Такое расположение проще в конструктивном плане, ветровые нагрузки меньше, увод (переворот) от осадков тоже проще.
В связи с тем, что свои «совки» я буду размещать горизонтально в направлениях восток-запад, дабы не зацыкливаться на трекерах, пришлось обдумывать, как сделать отбор тепла более эффективным, так как стандартная схема с конденсацией жидкости может в теории не работать, так как нет стёка конденсата вниз и соответственно подъёма пара вверх для отдачи своего тепла. Сделал 2 вида отбора тепла от вакуумной трубки.
Вариант-1 (справа, на фото-1) Родной наконечник (утолщение где собирается пар) активно омывается теплоносителем.
Вариант-2 (среднее, на фото-1) взято 2 трубки одна 10мм. в диаметре, другая 15 мм. в диаметре и вставленны одна в другую, по аналогии рекуператоров, внутренняя не доходит до конца пару см. а наружная в конце заглушена, а сверху эти трубки рассоеденены тройником см. фото. Как показали опыты, между горизонтальной трубкой и стоящей под 45* при температурах около 80* разница была около 5* хотя мне говорили что в горизонтальном положении данная трубка вообще работать не будет!
Жду потепления, чтобы выкопать под стойки ямки, потому что земля ещё мёрзлая и копать её не реально.
Что касается аварийных режимов, уже всё продуманно, стоит бесперибойник на 1.5 Квт типа Smart с дополнительными аккумуляторами.
Второй и на мой взгляд самый существенный момент по решению аварийных ситуаций, закрывание зеркал или концентратора от солнца или же его поворачивание от оси фокуса, что выведет концентратор на минимальную мощность простой вакуумной трубки в самый жаркий сезон к примеру, по этому же принцыпу, можно регулировать сумарную мощность концентраторов выводя некоторые из фокуса.

Как вариант концентратора из подручного материала см. фото.

Источник

Делаю сам
Adblock
detector