SOLPANEL TACHOMETER: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

I INSTRUKTABEL "Solar Panel as a Shadow Tracker" blev det præsenteret en eksperimentel metode til at bestemme et objekts hastighed ud fra projektion af dets skygge på et solpanel. Er det muligt at anvende en variant af denne metode til at studere roterende objekter? Ja, det er muligt. Dernæst vil der blive præsenteret et simpelt eksperimentelt apparat, der gør det muligt at måle et objekts rotation og hyppighed. Dette eksperimentelle apparat kan bruges under studiet af emnet "Fysik: klassisk mekanik", især under studiet af emnet "Rotation af stive objekter". Det er potentielt nyttigt med bachelor- og kandidatstuderende under eksperimentelle demonstrationer eller laboratorietimer.

Trin 1: Nogle teoretiske noter

Når et fast objekt roterer rundt om en akse, beskriver dets dele omkredse, der er koncentriske i forhold til denne akse. Den tid, det tager for en af disse parter at fuldføre omkredsen, kaldes rotationsperioden. Periode og hyppighed er gensidige størrelser. I det internationale enhedssystem angives perioden i sekunder (er) og frekvensen i Hertz (Hz). Nogle instrumenter til måling af rotationsfrekvensen giver værdierne i omdrejninger pr. Minut (omdrejninger pr. Minut). For at konvertere fra Hz til omdrejninger pr. Minut skal du blot gange værdien med 60, og du får omdrejningstallet.

Trin 2: Materialer og instrumenter

• Lille solpanel (100 mm * 28 mm)

• LED lommelygte

• Reflekterende tape

• Sort elektrisk tape

• El -kabel

• Kabelbindere

• Varm silikonepistol

• Loddejern og tin

• Tre træstykker (45 mm * 20 mm * 10 mm)

• Digitalt oscilloskop med dens sonde

• Roterende objekt, som du vil måle dets rotationsfrekvens til

Trin 3: Driftsprincip

Når lys rammer et objekt, absorberes en del og en anden reflekteres. Afhængigt af overfladens egenskaber og objektets farve kan det reflekterede lys være mere eller mindre intens. Hvis egenskaberne ved en del af overfladen ændres vilkårligt, lad os sige ved at male den eller ved at klæbe den til et sølv eller sort tape, kan vi med vilje forårsage en ændring i intensiteten af det lys, der reflekteres i det område. Her ville vi ikke lave en "SHADOW TRACKING", men vi ville forårsage en ændring i egenskaberne for den reflekterede belysning. Hvis et objekt, der roterer, belyses af en lyskilde, og et solpanel er placeret korrekt, så en del af det reflekterede lys falder på det, skal der vises en spænding ved dets terminaler. Denne spænding har et direkte forhold til lysintensiteten, den modtager. Hvis vi ændrer overfladen, ændres intensiteten af det reflekterede lys og dermed spændingen i panelet. Dette panel kunne tilsluttes et oscilloskop og identificere variationer i spænding med hensyn til tid. Hvis vi kan identificere en sammenhængende og gentagen ændring i kurven og måle den tid, det tager at gentage sig selv, ville vi bestemme rotationsperioden og dermed rotationsfrekvensen indirekte, hvis vi beregner den. Nogle oscilloskoper er i stand til automatisk at beregne disse værdier, men fra undervisningens synspunkt er det produktivt for eleverne at beregne det. For at forenkle denne eksperimentelle aktivitet kunne vi i første omgang bruge objekter, der roterer med konstant omdrejningstal og fortrinsvis symmetriske i forhold til dens rotationsakse.

Opsummering:

1. Et objekt, der roterer kontinuerligt, reflekterer det lys, der falder på det.

2. Intensiteten af det lys, der reflekteres af det roterende objekt, afhænger af farven og overfladens egenskaber.

3. Spændingen, der vises på solpanelet, afhænger af intensiteten af det reflekterede lys.

4. Hvis egenskaberne ved en del af overfladen med vilje ændres, vil lysintensiteten af det lys, der reflekteres i den del, også ændre sig og dermed spændingen i solpanelet.

5. Objektets periode under rotation kan bestemmes ved at måle den tid, der er gået mellem to punkter med identiske værdier for spænding og adfærd ved hjælp af et oscilloskop.

Trin 4: Design, konstruktion og udførelse af eksperimentet

1. Lod to elektriske ledere til solpanelet. 2. Dæk de elektriske kontakter på panelet med varm silikone for at undgå kortslutninger.

3. Byg træstøtten ved at forbinde med varm silikone eller en anden lim de tre træstykker som vist på billedet.

4. Sæt solpanelet fast på træstøtten med varm silikone som vist på billedet.

5. Sæt lanterne fast på træstøtten som vist på billedet, og fastgør den med plastbånd.

6. Fastgør panelets elektriske ledere med en anden flange til træstøtten.

7. Indsæt et objekt med sort tape på det objekt, du vil studere, og derefter et sølvbånd, som det ses på billedet.

8. Start rotationen af det objekt, du vil studere.

9. Tilslut oscilloskopproben korrekt til solpanelets ledere.

10. Opsæt dit oscilloskop korrekt. I mit tilfælde var spændingsinddelingerne 500mv og tidsinddelingerne 25ms (det vil afhænge af objektets rotationshastighed).

11. Placer det eksperimentelle apparat, du lige har samlet, i en position, hvor lysstrålerne reflekteres på overfladen, der roterer og rammer solpanelet (hjælp dig selv fra det, du ser i oscilloskopet, for at opnå en kurve med mere markante ændringer).

12. Hold forsøgsapparatet fast i den korrekte position i et par sekunder for at se, om kurvens resultater forbliver konstante.

13. Stop oscilloskopet og analyser kurven for at afgøre, hvilke positioner der svarer til det sorte tape og hvilke til sølvbåndet. I mit tilfælde, da den elektriske motor, jeg studerede, var gylden, blev ændringerne forårsaget af båndet mere mærkbare.

14. Brug oscilloskopmarkørerne til at måle den forløbne tid mellem punkterne med faselignelse, først for båndet og derefter for sølvbåndet og sammenligne dem (de skal være ens).

15. Hvis dit oscilloskop ikke automatisk beregner periodens inverse (frekvens), skal du gøre det. Du kan gange den tidligere værdi med 60 og dermed få omdrejningstallet.

16. Hvis du har værdien kv eller omdrejninger pr. Volt (i tilfælde af at det er en motor, der tilbyder disse egenskaber) ganges værdien kv med indgangsspændingen, skal du sammenligne resultatet med det, du fik under forsøget, og nå frem til konklusioner.

Trin 5: Nogle sidste noter og anbefalinger

• Det er praktisk først at kontrollere kalibreringsstatus for dit oscilloskop for at opnå pålidelige resultater (brug kalibreringssignalet fra oscilloskopet, som generelt er 1 kHz).
• Juster din oscilloskop sonde korrekt. Du bør se rektangulære impulser, der ikke deformeres, hvis du bruger det signal, der genereres af oscilloskopet selv (se billede).
• Undersøg den elektriske responstid med producenten af dit solpanel (datablad). I mit tilfælde var den meget lavere end rotationsperioden for elmotoren, som jeg studerede, så jeg overvejede ikke dens indflydelse på de målinger, jeg foretog.
• Sammenlign resultaterne opnået ved denne metode med dem, der opnås ved et kommercielt instrument, og overvej fordele og ulemper ved begge.

Som altid vil jeg være opmærksom på dine forslag, kommentarer og spørgsmål. Held og lykke og fortsæt med mine kommende projekter!

Runner Up i Classroom Science Contest