TAHOMETAR SUNČANIH PANELA: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

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 razdoblja i učestalosti rotacije objekta. Ovaj eksperimentalni aparat može se koristiti tijekom proučavanja predmeta "Fizika: Klasična mehanika", osobito tijekom proučavanja teme "Rotacija krutih objekata". Potencijalno je korisno studentima dodiplomskog i diplomskog studija, tijekom eksperimentalnih demonstracija ili laboratorijske nastave.

Korak 1: Neke teoretske bilješke

Kad se čvrsti objekt rotira oko osi, njegovi dijelovi opisuju opsege koncentrične toj osi. Vrijeme potrebno da jedna od ovih strana dovrši opseg naziva se razdoblje rotacije. Period i učestalost su recipročne veličine. U Međunarodnom sustavu jedinica razdoblje je dano u sekundama (s), a frekvencija u Hercima (Hz). Neki instrumenti za mjerenje učestalosti 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 svjetiljka

• Reflektirajuća ljepljiva traka

• Crna električna traka

• Električni kabel

• Kabelske veze

• Vrući silikonski pištolj

• Lemilica i kositar

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

• Digitalni osciloskop sa svojom sondom

• Rotirajući objekt na kojem želite izmjeriti njegovu frekvenciju rotacije

Korak 3: Princip rada

Kad 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 promijene proizvoljno, 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", ali 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 izravan odnos s intenzitetom svjetlosti koji prima. Promijenimo li površinu, mijenja se intenzitet odbijene svjetlosti, a s njom i napon ploče. Ta se ploča može spojiti na osciloskop i identificirati varijacije u naponu s obzirom na vrijeme. Ako možemo identificirati koherentnu i ponavljajuću promjenu krivulje, mjereći vrijeme potrebno za ponavljanje, odredili bismo razdoblje rotacije, a s njim i frekvenciju rotacije neizravno ako ga izračunamo. Neki osciloskopi mogu automatski izračunati te vrijednosti, ali sa stajališta poučavanja, studentima je produktivno to izračunati. Da bismo pojednostavili ovu eksperimentalnu aktivnost, u početku bismo mogli koristiti objekte koji se okreću pri konstantnim okretajima u minuti i po mogućnosti simetrični u odnosu na svoju os rotacije.

Sažimajući:

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

2. Intenzitet svjetla koje 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 namjerno promijene karakteristike dijela površine, promijenit će se i intenzitet svjetla reflektiranog svjetla u tom dijelu, a s njim i napon u solarnoj ploči.

5. Razdoblje objekta tijekom rotacije može se odrediti mjerenjem vremena koje je proteklo između dvije točke s identičnim vrijednostima napona i ponašanja uz pomoć osciloskopa.

Korak 4: Projektiranje, izgradnja i izvođenje pokusa

1. Zalemite 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 solarnu ploču na drveni nosač vrućim silikonom kao što je prikazano na slici.

5. Zalijepite fenjer na drveni nosač kao što je prikazano na slici i učvrstite 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. Ispravno spojite sondu osciloskopa na vodiče solarne ploče.

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

11. Postavite eksperimentalni aparat koji ste upravo sastavili na mjesto gdje se svjetlosne zrake reflektiraju na površini koja se okreće i pogađa solarnu ploču (poslužite se s onim što vidite u osciloskopu da biste dobili krivulju s izraženijim promjenama).

12. Držite eksperimentalni aparat fiksiran u odgovarajućem položaju nekoliko sekundi kako biste provjerili ostaju li rezultati krivulje 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 vrpcom 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 te karakteristike) pomnožite vrijednost kv s ulaznim naponom, usporedite rezultat s onim koji ste dobili tijekom pokusa i dođite do zaključci.

Korak 5: Završne napomene i preporuke

• Prikladno je prvo provjeriti kalibracijski status vašeg osciloskopa kako biste dobili pouzdane rezultate (upotrijebite kalibracijski signal koji nudi osciloskop, a koji je općenito 1 kHz).
• Ispravno namjestite sondu osciloskopa. Trebali biste vidjeti pravokutne impulse koji nisu deformirani ako koristite signal koji generira sam osciloskop (vidi sliku).
• Istražite vrijeme odziva električne energije s proizvođačem vaše solarne ploče (podatkovni list). U mom slučaju to je bilo mnogo manje od razdoblja rotacije elektromotora koje sam proučavao, pa nisam uzeo u obzir njegov utjecaj na mjerenja koja sam napravio.
• Usporedite rezultate dobivene ovom metodom s onima dobivenim komercijalnim instrumentom i razmotrite prednosti i nedostatke obaju.

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

Drugoplasirani na znanstvenom natjecanju u učionici