SOLARNA PLOČA KAO TRAKER SJENA: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Temeljna veličina koja se koristi u fizici i drugim znanostima za opis mehaničkog kretanja je brzina. Mjerenje je ponavljajuća aktivnost u eksperimentalnim razredima. Obično koristim video kameru i softver TRACKER za proučavanje kretanja određenih objekata sa svojim učenicima. Jedna poteškoća koju smo iskusili je: objekti koji se kreću relativno velikom brzinom pojavljuju se zamućeni u video okvirima, što unosi nesigurnosti u mjerenja napravljena softverom. Najčešće metode i instrumenti za proučavanje objekata relativno velikom brzinom temelje se na DOPPLER efektu i optičkim senzorima povezanim s kronografom.

U ovom INSTRUCTABLE I pristupam alternativnoj eksperimentalnoj metodi za mjerenje prosječne brzine objekta pomoću solarne ploče i osciloskopa. Primjenjivo je u laboratorijskim satima iz predmeta Fizika (klasična mehanika), posebno u temi: Kinematika mehaničkog kretanja prijevoda. Predložena metoda i njezina eksperimentalna primjena snažno su primjenjivi na druge eksperimentalne zadatke unutar discipline Fizika za one koji nisu diplomirali i diplomirali. Možda se koristi i u drugim znanstvenim kolegijima na kojima se proučavaju ti sadržaji.

Ako želite skratiti teoretske temelje i izravno pristupiti konstrukciji eksperimentalnog aparata, načinu izvođenja mjerenja, potrebnim materijalima i slikama mog dizajna, idite izravno na korak 6.

Korak 1: Nekoliko teorija:

"Brzina" je poznata kao udaljenost koju objekt pređe u određenom vremenskom intervalu. Brzina je skalarna veličina, to je veličina vektora brzine koja također zahtijeva smjer u kojem se događaju promjene položaja. U ovom UPUTU ćemo govoriti o mjerenju brzine, ali doista ćemo mjeriti prosječnu brzinu.

Korak 2: Mjerenje brzine pomoću solarne ploče?

Solarni paneli su uređaji koji rade po principu fotoelektričnog učinka i čija je glavna funkcija cirkulirati električnu struju u krugovima u kojima se koriste. Na primjer, solarni paneli koriste se za rad s određenim vrstama satova, za punjenje baterija svih vrsta, također u sustavima za izmjeničnu struju za javnu mrežu i u domovima. Primjena je mnogo, cijena na tržištu sve je privlačnija i doprinosi održivom razvoju koji je velik.

Zbog razvoja ove tehnologije, koju smo iskusili, nalazimo je u mnogim uređajima, na primjer, onaj koji vam pokazujem izvučen je iz jeftine svjetiljke koju sam spremio i sada ima novu upotrebu.

Princip je osnovni. Kad se svjetlo projicira preko ploče, to uzrokuje razliku u električnom potencijalu (naponu) na njegovim stezaljkama. Kad je priključen voltmetar, to se lako može provjeriti. Ova razlika u potencijalu odgovorna je za cirkulaciju električne struje kada je priključen potrošački uređaj, na primjer, električni otpor. Ovisno o "impedanciji" kruga i karakteristikama ploče, cirkulirat će više ili manje struje. U odnosu na ovu struju, na priključcima solarne ploče osjetit će se pad napona nakon što se potrošač spoji, ali ako impedancija ostane konstantna, napon se također održava konstantnim sve dok su i karakteristike osvjetljenja. Voltmetri općenito imaju visoku impedanciju pa će vrlo malo utjecati na napon koji se mjeri s njima. Ali što će se dogoditi ako se osvjetljenje promijeni ?, promijenit će se i napon, a to je varijabla koju ćemo koristiti.

Sažimajući:

• Solarni panel kada svijetli prikazuje napon na svojim stezaljkama koji se može mjeriti voltmetrom.

• Napon se ne mijenja ako se impedancija kruga i karakteristike osvjetljenja drže konstantnima (moraju biti u osjetljivom spektru ploče da bi došlo do fotoelektričnog učinka).

• Svaka promjena osvjetljenja dovest će do promjene napona, varijable koja će se kasnije koristiti za dobivanje brzine objekata u pokusima.

Na temelju prethodnih odredbi mogla bi se formulirati sljedeća ideja:

Projicirana sjena objekta, koja se kreće po solarnoj ploči, uzrokovat će smanjenje napona na terminalu. Vrijeme potrebno za smanjenje može se koristiti za izračun prosječne brzine kretanja tog objekta.

Korak 3: Početni eksperiment

U prethodnom videu eksperimentalno su prikazana načela na kojima se temelji prethodna ideja.

Na slici je prikazano vrijeme trajanja varijacije napona koje je iscrtano osciloskopom. Pravilnom konfiguracijom funkcije okidača možete dobiti grafikon na koji možemo izmjeriti proteklo vrijeme tijekom varijacije. U demonstraciji je varijacija bila približno 29,60 ms.

Zapravo, nacrt ploče u eksperimentu nije točkasti objekt, on ima dimenzije. Lijevi kraj gumice počinje projicirati svoju sjenu na solarnu ploču i posljedično počinje smanjivati napon na minimalnu vrijednost. Kad se gumica odmakne i ploča se ponovno počne otkrivati, vidi se porast napona. Ukupno izmjereno vrijeme odgovara vremenu koje je projekciji sjene trebalo proći po cijeloj ploči. Ako mjerimo duljinu objekta (koja bi trebala biti jednaka projekciji njegove sjene ako uzmemo određene brige), zbrajamo je s duljinom aktivne zone ploče i dijelimo je s vremenom u kojem je trajala varijacija napona, tada ćemo dobiti prosjek brzine tog objekta. Kad je duljina objekta za mjerenje njegove brzine kvantitativno veća od aktivne zone ploče, ploča se može smatrati točkastim objektom bez unosa značajne pogreške u mjerenjima (to znači ne dodavati njezinu duljinu duljini objekta).

Napravimo neke izračune (vidi sliku)

Korak 4: Za primjenu ove metode potrebno je uzeti u obzir neke mjere opreza

• Solarna ploča mora biti osvijetljena izvorom svjetlosti predviđenim u eksperimentalnoj izvedbi, izbjegavajući što je više moguće druge izvore svjetlosti koji na nju utječu.

• Svjetlosne zrake moraju udariti okomito na površinu solarne ploče.

• Objekt mora projicirati dobro definiranu sjenu.

• Površina ploče i ravnina koja sadrži smjer kretanja moraju biti paralelne.

Korak 5: Tipična vježba

Odredite brzinu pada kugle s visine 1 m, uzmite u obzir početnu brzinu cero.

Ako lopta padne u slobodnom padu, vrlo je jednostavno: pogledajte sliku

U stvarnim uvjetima prethodna vrijednost može biti niža zbog djelovanja trenja sa zrakom. Odredimo to eksperimentalno.

Korak 6: Dizajn, izgradnja i izvođenje pokusa:

• Zalijepite plastičnu cijev na aktivno područje solarne ploče. • Lemite nove vodiče na stezaljke solarne ploče kako biste izbjegli lažne kontakte.

• Izradite oslonac za sklop cijevi solarne ploče tako da se može držati vodoravno.

• Stavite svjetiljku ili neki drugi izvor svjetlosti na drugi nosač tako da projekcija emitiranog svjetla okomito pogodi solarnu ploču.

• Multimetrom provjerite je li pri padu svjetla na solarnu ploču zabilježena konstantna vrijednost napona veća od nule.

• Postavite sklop cijevi solarne ploče na prednju stranu svjetiljke, ostavljajući veći razmak od objekta čiju brzinu želite mjeriti. Pokušajte držati što je moguće dalje izvor svjetla (svjetiljku) od solarne ploče. Ako svjetlo fenjera stvara jedna LED žaruljica, to bolje.

• Izmjerite od središta solarne ploče i prema gore udaljenost od jednog metra i označite je u šipci, zidu ili slično.

• Spojite sondu osciloskopa na priključke solarne ploče, poštujući polaritet.

• Na osciloskopu ispravno postavite opciju TRIGGER, tako da se sve promjene napona mogu zabilježiti tijekom prolaska sjene na ploči. U mom slučaju vremenske podjele bile su 5 ms, a podjele napona na ljestvici 500 mv. Linija nultih napona morala se prilagoditi prema dolje kako bi sve varijacije odgovarale. Prag okidača postavljen je neposredno ispod početnog konstantnog napona.

• Izmjerite duljinu objekta i duljinu aktivne zone ploče, dodajte ih i zapišite za izračun brzine.

• Spustite tijelo s visine od 1 m tako da njegova sjena prekine snop svjetlosti koji projicira fenjer.

• Izmjerite vrijeme promjene napona pokazivačima osciloskopa na vremenskoj ljestvici.

• Zbroj prethodno napravljenih duljina podijelite s vremenom izmjerenim u osciloskopu.

• Usporedite vrijednost s teoretskim izračunima i dođite do zaključaka (uzmite u obzir moguće faktore koji unose pogreške u mjerenju).

Dobiveni rezultati: vidi sliku

Korak 7: Neke bilješke eksperimenta:

• Čini se da su dobiveni rezultati točni u skladu s teorijom.

• Objekt odabran za ovaj eksperiment nije idealan, planiram ga ponoviti s drugima koji mogu projicirati bolje definiranu sjenu i koji su simetrični kako bi se izbjegle moguće rotacije tijekom jeseni.

• Bilo bi idealno postaviti panelnu cijev i fenjer na zasebne stolove, ostavljajući slobodan prostor prema dolje.

• Pokus treba ponoviti nekoliko puta, pokušavajući kontrolirati moguće uzroke pogrešaka u mjerenjima, a statističke metode treba koristiti za dobivanje pouzdanijih rezultata.

Prijedlozi materijala i instrumenata za ovaj projekt: Iako vjerujem da bi svaki digitalni osciloskop, izvor svjetlosti i solarna ploča mogli funkcionirati, evo onih koje koristim.

PAŽNJA OSCILOSKOP

SOLARNI PANEL

BAKLJA

Svi materijali i alati korišteni u mojim projektima mogu se kupiti putem Ebaya. Ako kliknete na sljedeću vezu i obavite kupnju, pridonijet ćete maloj proviziji.

EBAY.com

Čekat ću vaše komentare, pitanja i prijedloge.

Hvala vam i nastavite s mojim sljedećim projektima.