TAHOMETAR SUNČANIH PANELA: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

U INSTRUCTABLE "Solar Panel as a Shadow Tracker", predstavljena je eksperimentalna metoda za određivanje brzine objekta iz projekcije njegove sjene na solarnu ploču. Je li moguće primijeniti neku varijantu ove metode za proučavanje rotirajućih objekata? Da, moguće je. Zatim će biti predstavljen jednostavan eksperimentalni aparat koji će omogućiti mjerenje perioda i učestalosti rotacije objekta. Ovaj eksperimentalni aparat može se koristiti tokom proučavanja predmeta "Fizika: klasična mehanika", posebno tokom proučavanja teme "Rotacija krutih objekata". Potencijalno je korisno studentima dodiplomskog i diplomskog studija, tokom eksperimentalnih demonstracija ili laboratorijskih satova.

Korak 1: Neke teorijske bilješke

Kad se čvrsti objekt rotira oko osi, njegovi dijelovi opisuju opsege koncentrične osi. Vreme potrebno jednoj od ovih strana da završi obim naziva se period rotacije. Period i učestalost su recipročne veličine. U Međunarodnom sistemu jedinica period je dat u sekundama (s), a frekvencija u Hercima (Hz). Neki instrumenti za mjerenje frekvencije rotacije daju vrijednosti u okretajima u minuti (o / min). Za pretvaranje iz Hz u o / min, jednostavno pomnožite vrijednost sa 60 i dobit ćete o / min.

Korak 2: Materijali i instrumenti

• Mali solarni panel (100 mm * 28 mm)

• LED baterijska lampa

• Reflektirajuća ljepljiva traka

• Crna električna traka

• Električni kabel

• Kabelske vezice

• Vrući silikonski pištolj

• Lemilica i lim

• Tri komada drveta (45 mm * 20 mm * 10 mm)

• Digitalni osciloskop sa sondom

• Rotirajući objekt na kojem želite izmjeriti njegovu frekvenciju rotacije

Korak 3: Princip rada

Kada svjetlost udari u objekt, jedan dio se apsorbira, a drugi reflektira. Ovisno o karakteristikama površine i boji objekta, ta reflektirana svjetlost može biti više ili manje intenzivna. Ako se karakteristike dijela površine proizvoljno promijene, recimo slikanjem ili lijepljenjem na srebrnu ili crnu ljepljivu traku, mogli bismo namjerno uzrokovati promjenu intenziteta svjetlosti koja se reflektira u tom području. Ovdje ne bismo radili "SHADOW TRACKING", već bismo uzrokovali promjenu karakteristika reflektirane rasvjete. Ako je objekt pri rotiranju osvijetljen izvorom svjetlosti i solarna ploča je pravilno postavljena, tako da dio reflektirane svjetlosti padne na njega, na njegovim stezaljkama mora se pojaviti napon. Ovaj napon ima direktnu vezu s intenzitetom svjetlosti koji prima. Ako promijenimo površinu, mijenja se intenzitet reflektirane svjetlosti, a s njom i napon ploče. Ovaj panel može biti povezan s osciloskopom i identificirati varijacije u naponu s obzirom na vrijeme. Ako možemo identificirati koherentnu i ponavljajuću promjenu krivulje, mjereći vrijeme potrebno za ponavljanje, odredili bismo period rotacije, a s njom i frekvenciju rotacije indirektno ako to izračunamo. Neki osciloskopi mogu automatski izračunati ove vrijednosti, ali sa stanovišta nastave, studentima je produktivno to izračunati. Da bismo pojednostavili ovu eksperimentalnu aktivnost, u početku bismo mogli koristiti objekte koji se rotiraju pri konstantnim o / min i po mogućnosti simetrični u odnosu na svoju os rotacije.

Rezimirajući:

1. Objekt koji se kontinuirano okreće reflektira svjetlost koja na njega pada.

2. Intenzitet svjetlosti koju reflektira rotirajući objekt ovisi o boji i karakteristikama njegove površine.

3. Napon koji se pojavi na solarnoj ploči ovisi o intenzitetu reflektirane svjetlosti.

4. Ako se karakteristike dijela površine namjerno promijene, promijenit će se i intenzitet svjetlosti reflektirane svjetlosti u tom dijelu, a s njim i napon u solarnoj ploči.

5. Period objekta tokom rotacije može se odrediti mjerenjem vremena koje je proteklo između dvije tačke sa identičnim vrijednostima napona i ponašanja uz pomoć osciloskopa.

Korak 4: Dizajn, konstrukcija i izvođenje eksperimenta

1. Lemite dva električna vodiča na solarnu ploču. 2. Pokrijte električne kontakte na ploči vrućim silikonom kako biste izbjegli kratke spojeve.

3. Izgradite drveni nosač spajanjem tri komada drveta vrućim silikonom ili drugim ljepilom kako je prikazano na slici.

4. Zalijepite solarni panel na drveni nosač vrućim silikonom kao što je prikazano na slici.

5. Zalijepite fenjer na drveni nosač kao što je prikazano na slici i pričvrstite ga plastičnim vezicama.

6. Pričvrstite električne vodiče ploče drugom prirubnicom na drveni nosač.

7. Zalijepite na objekt koji želite proučiti traku crne trake, a zatim srebrnu traku kako se vidi na slici.

8. Pokrenite rotaciju objekta koji želite proučavati.

9. Pravilno spojite sondu osciloskopa na vodiče solarne ploče.

10. Pravilno postavite osciloskop. U mom slučaju podjele napona bile su 500mv, a vremenske podjele 25ms (ovisit će o brzini rotacije objekta).

11. Postavite eksperimentalni aparat koji ste upravo sastavili na mjesto gdje se svjetlosni zraci reflektiraju na površini koja se okreće i udara u solarni panel (poslužite se s onim što vidite u osciloskopu da biste dobili krivulju sa izraženijim promjenama).

12. Držite eksperimentalni aparat fiksiran u odgovarajućem položaju nekoliko sekundi da vidite da li rezultati krivulje ostaju konstantni.

13. Zaustavite osciloskop i analizirajte krivulju kako biste utvrdili koji položaji odgovaraju crnoj traci, a koji srebrnoj traci. U mom slučaju, budući da je elektromotor koji sam proučavao bio zlatne boje, promjene uzrokovane trakom postale su uočljivije.

14. Pomoću kursora osciloskopa izmjerite proteklo vrijeme između točaka s faznom jednakošću, prvo za vrpcu, a zatim za srebrnu vrpcu i usporedite ih (moraju biti isti).

15. Ako vaš osciloskop ne izračunava automatski inverzni period (frekvenciju), učinite to. Prethodnu vrijednost možete pomnožiti sa 60 i tako dobiti broj okretaja u minuti.

16. Ako imate vrijednost kv ili okretaje po voltu (u slučaju da se radi o motoru koji nudi ove karakteristike) pomnožite vrijednost kv s ulaznim naponom, usporedite rezultat s onim koji ste dobili tijekom eksperimenta i dođite do zaključci.

Korak 5: Neke završne napomene i preporuke

• Prikladno je prvo provjeriti stanje kalibracije vašeg osciloskopa kako biste dobili pouzdane rezultate (koristite kalibracijski signal koji nudi osciloskop, koji je općenito 1 kHz).
• Pravilno podesite sondu osciloskopa. Trebali biste vidjeti pravokutne impulse koji nisu deformirani ako koristite signal koji generira sam osciloskop (vidi sliku).
• Istražite vrijeme odziva električne energije kod proizvođača vašeg solarnog panela (tehnički list). U mom slučaju to je bilo mnogo manje od perioda rotacije elektromotora koji sam proučavao, pa nisam uzeo u obzir njegov utjecaj na mjerenja koja sam napravio.
• Uporedite rezultate dobijene ovom metodom sa onima dobijenim komercijalnim instrumentom i razmotrite prednosti i nedostatke oba.

Kao i uvijek, bit ću pažljiv na vaše prijedloge, komentare i pitanja. Sretno i nastavite s mojim nadolazećim projektima!

Drugoplasirani na naučnom takmičenju u učionici