SOLPANEL SOM SKUGGESporing: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

En grunnleggende størrelse som brukes i fysikk og andre vitenskaper for å beskrive mekanisk bevegelse er hastighet. Å måle det har vært en tilbakevendende aktivitet i eksperimentelle klasser. Jeg bruker vanligvis et videokamera og TRACKER -programvare for å studere bevegelse av bestemte objekter med elevene mine. En vanskelighet vi har opplevd er: objekter som beveger seg med relativt høye hastigheter ser uskarpe ut i videobildene, noe som introduserer usikkerhet i målingene som er gjort med programvaren. De vanligste metodene og instrumentene for å studere objekter med relativt høy hastighet er basert på DOPPLER -effekt og optiske sensorer kombinert med kronograf.

I den foreliggende INSTRUKTABLE nærmer jeg meg en alternativ eksperimentell metode for å måle gjennomsnittshastigheten til et objekt ved bruk av et solcellepanel og et oscilloskop. Den er anvendelig i laboratorietimene i emnet Fysikk (klassisk mekanikk), spesielt i emnet: Kinematikk for den mekaniske bevegelsen av oversettelse. Den foreslåtte metoden og dens eksperimentelle anvendelse er kraftig anvendelig på andre eksperimentelle oppgaver innen fysikkdisiplinen for ikke-kandidater og nyutdannede. Den kan også brukes i andre vitenskapskurs der dette innholdet studeres.

Hvis du vil forkorte det teoretiske grunnlaget og gå direkte til konstruksjonen av eksperimentelle apparater, hvordan du utfører målingene, materialene du trenger og bildene av designet mitt, kan du gå direkte til trinn 6.

Trinn 1: Noen teorier:

"Hastigheten" er kjent som avstanden tilbakelagt av et objekt i et bestemt tidsintervall. Hastighet er skalarmengden, det vil si størrelsen på hastighetsvektoren som også krever retningen i hvilken posisjonsendringer skjer. Vi vil snakke i denne INSTRUKTABLE for å måle hastighet, men vi skal virkelig måle gjennomsnittlig hastighet.

Trinn 2: Måle hastighet med et solcellepanel?

Solcellepaneler er enheter som fungerer under prinsippet om den fotoelektriske effekten, og hvis hovedfunksjon er å sirkulere en elektrisk strøm i kretsene de brukes i. For eksempel brukes solcellepaneler til å betjene visse typer klokker, lade batterier av alle slag, også i AC -generasjonssystemer for det offentlige nettverket og i hjem. Søknadene er mange, prisen i markedet blir stadig mer attraktiv og bidrar til bærekraftig utvikling som er flott.

På grunn av utviklingen av denne teknologien vi har opplevd, finner vi den på mange enheter, for eksempel den jeg viser deg ble hentet fra en billig lommelykt som jeg lagret og nå har fått ny bruk.

Prinsippet er grunnleggende. Når et lys projiseres over et panel, forårsaker det en forskjell i elektrisk potensial (spenning) ved terminalene. Når et voltmeter er tilkoblet, kan dette lett kontrolleres. Denne potensialforskjellen er ansvarlig for sirkulasjonen av en elektrisk strøm når en forbrukerenhet er tilkoblet, for eksempel en elektrisk motstand. Avhengig av kretsens "impedans" og panelets egenskaper, vil den sirkulere mer eller mindre strøm. I forhold til denne strømmen vil det oppstå et spenningsfall ved terminalene på solcellepanelet når forbrukeren er koblet til, men hvis impedansen forblir konstant, holdes spenningen også konstant så lenge egenskapene til belysningen også er. Voltmålere har generelt en høy impedans, så de vil påvirke svært lite spenningen som måles med dem. Men hva skjer hvis belysningen endres ?, så vil spenningen og dette er variabelen vi vil bruke.

Oppsummering:

• Et solcellepanel når det lyser viser en spenning på terminalene som kan måles med et voltmeter.

• Spenningen endres ikke hvis kretsens impedans og belysningens egenskaper holdes konstant (må være i panelets følsomme spekter for at den fotoelektriske effekten skal oppstå).

• Enhver endring i belysningen vil føre til en variasjon i spenningen, en variabel som vil bli brukt senere for å oppnå hastigheten til objektene i forsøkene.

Basert på de tidligere forskriftene kan følgende idé formuleres:

Den projiserte skyggen av et objekt, som beveger seg på et solcellepanel, vil føre til en nedgang i terminalens spenning. Tiden det tar for reduksjonen kan brukes til å beregne gjennomsnittshastigheten som objektet beveger seg med.

Trinn 3: Første eksperiment

I forrige video er prinsippene som den forrige ideen er basert på vist eksperimentelt.

Bildet viser tiden spenningsvariasjonen varte som ble plottet av et oscilloskop. Ved å konfigurere utløserfunksjonen riktig kan du få grafen som vi kan måle den forløpte tiden i løpet av variasjonen. I demonstrasjonen var variasjonen omtrent 29,60 ms.

Tavleutkastet i eksperimentet er faktisk ikke et punktobjekt, det har dimensjoner. Den venstre enden av viskelæret begynner å projisere skyggen på solcellepanelet og begynner følgelig å redusere spenningen til en minimumsverdi. Når viskelæret beveger seg bort og panelet begynner å bli oppdaget igjen, ses en økning i spenning. Den totale målte tiden tilsvarer tiden det tok for projeksjonen av skyggen å bevege seg gjennom hele panelet. Hvis vi måler objektets lengde (som skal være lik projeksjonen av skyggen hvis vi tar visse bekymringer) legger vi det til med lengden på den aktive sonen til panelet og deler det mellom tiden spenningsvariasjonen varte, da vil vi få hastighetsgjennomsnittet for objektet. Når lengden på objektet for å måle hastigheten er kvantitativt høyere enn panelets aktive sone, kan panelet betraktes som et punktobjekt uten å innføre en bemerkelsesverdig feil i målingene (det betyr ikke å legge lengden til objektlengden).

La oss gjøre noen beregninger (se bilde)

Trinn 4: For å bruke denne metoden må noen forholdsregler tas i betraktning

• Solcellepanelet må belyses av lyskilden i den eksperimentelle konstruksjonen, så langt som mulig unngår andre lyskilder som påvirker det.

• Lysstrålene må treffe vinkelrett på overflaten av solcellepanelet.

• Objektet må projisere en veldefinert skygge.

• Overflaten på panelet og planet som inneholder bevegelsesretningen må være parallelle.

Trinn 5: En typisk øvelse

Bestem hastigheten til en fallende ball fra 1 m høyde, tenk på inicial speed cero.

Hvis ballen faller i fritt fall er det veldig enkelt: se bilde

I virkelige forhold kan den forrige verdien være lavere på grunn av friksjonen med luften. La oss bestemme det eksperimentelt.

Trinn 6: Design, konstruksjon og utførelse av eksperimentet:

• Fest et plastrør til det aktive området på solcellepanelet. • Lodd nye ledninger til solpanelterminalene slik at falske kontakter unngås.

• Lag en støtte for solcellepanelrøret slik at det kan holdes horisontalt.

• Plasser en lommelykt eller annen lyskilde på en annen støtte slik at projeksjonen av det utsendte lyset treffer solcellepanelet vinkelrett.

• Kontroller med et multimeter at når et lys treffer solcellepanelet, registreres en konstant spenningsverdi større enn null.

• Plasser solcellepanelrøret på fronten av lykten, slik at du får større klaring enn objektet du vil måle hastigheten på. Prøv å holde lyskilden (lommelykten) så langt som mulig fra solcellepanelet. Hvis lyktets lys er skapt av en enkelt led, desto bedre.

• Mål fra midten av solcellepanelet og oppover en avstand på en meter og merk det med en stang, vegg eller lignende.

• Koble sonden til oscilloskopet til terminalene på solcellepanelet, med respekt for polariteten.

• Still inn TRIGGER -alternativet riktig på oscilloskopet, slik at all spenningsvariasjon kan registreres under skyggenes gang på panelet. I mitt tilfelle var tidsinndelingene i 5 ms og spenningsdivisjonene i skalaen var 500mv. Nullspenningslinjen måtte justeres nedover slik at all variasjonen skulle passe. Utløserterskelen ble plassert like under den opprinnelige konstante spenningen.

• Mål lengden på objektet og det på den aktive sonen i panelet, legg dem til og skriv det ned for beregning av hastighet.

• Slipp kroppen fra en meters høyde slik at skyggen avbryter lysstrålen som projiseres av lykten.

• Mål tidspunktet for spenningsvariasjonen med oscilloskopmarkørene på tidsskalaen.

• Del summen av lengdene som tidligere er gjort mellom tiden målt i oscilloskopet.

• Sammenlign verdien med de teoretiske beregningene og kom til konklusjoner (ta hensyn til mulige faktorer som innfører feil i målingen).

Oppnådde resultater: se bilde

Trinn 7: Noen notater fra eksperimentet:

• De oppnådde resultatene synes å være korrekte i samsvar med teorien.

• Objektet som er valgt for dette eksperimentet er ikke ideelt, jeg planlegger å gjenta det med andre som kan projisere en bedre definert skygge og som er symmetriske for å unngå mulige rotasjoner i løpet av høsten.

• Det hadde vært ideelt å plassere panelrøret og lykten på separate bord, slik at det var ledig plass.

• Eksperimentet bør gjentas flere ganger, forsøk på å kontrollere mulige årsaker til feil i målingene, og statistiske metoder bør brukes for å oppnå mer pålitelige resultater.

Forslag til materialer og instrumenter for dette prosjektet: Selv om jeg tror at ethvert digitalt oscilloskop, lyskilde og solcellepanel kan fungere, er det de jeg bruker.

ATTEN OSCILLOSCOPE

SOLPANEL

LOMMELYKT

Alt materiale og verktøy som brukes i prosjektene mine kan kjøpes gjennom Ebay. Hvis du klikker på følgende lenke og kjøper, vil du bidra til å få en liten provisjon.

EBAY.com

Jeg venter på kommentarer, spørsmål og forslag.

Takk og fortsett med de neste prosjektene mine.