SOLPANEL SOM SKUGGESporing: 7 trin (med billeder)

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

En grundlæggende størrelse anvendt i fysik og andre videnskaber til at beskrive mekanisk bevægelse er hastighed. Måling af det har været en tilbagevendende aktivitet i eksperimentelle klasser. Jeg bruger normalt et videokamera og TRACKER -software til at studere bevægelse af bestemte objekter med mine elever. En vanskelighed, vi har oplevet, er: objekter, der bevæger sig med relativt høje hastigheder, vises uskarpe i videorammerne, hvilket indfører usikkerhed i de målinger, der foretages med softwaren. De mest almindelige metoder og instrumenter til undersøgelse af objekter ved relativt høj hastighed er baseret på DOPPLER -effekt og optiske sensorer kombineret med kronograf.

I den foreliggende INSTRUKTABEL nærmer jeg mig en alternativ eksperimentel metode til måling af et objekts gennemsnitshastighed ved brug af et solpanel og et oscilloskop. Det kan anvendes i laboratorietimer i emnet Fysik (klassisk mekanik), især i emnet: Kinematik i den mekaniske bevægelse af oversættelse. Den foreslåede metode og dens eksperimentelle anvendelse er stærkt anvendelig til andre eksperimentelle opgaver inden for fysikken disciplin for ikke-kandidater og kandidater. Det bruges måske også i andre videnskabskurser, hvor dette indhold studeres.

Hvis du vil forkorte de teoretiske fundamenter og gå direkte til den eksperimentelle apparatkonstruktion, hvordan du udfører målingerne, de nødvendige materialer og billederne af mit design, skal du gå direkte til trin 6.

Trin 1: Nogle teorier:

"Hastigheden" er kendt som afstanden tilbagelagt af et objekt i et bestemt tidsinterval. Hastighed er skalarmængden, det vil sige størrelsen af hastighedsvektoren, der også kræver den retning, i hvilken positionsændringer sker. Vi vil tale i denne INSTRUKTABLE for at måle hastighed, men vi vil virkelig måle gennemsnitshastighed.

Trin 2: Måling af hastighed med et solpanel?

Solpaneler er enheder, der fungerer under princippet om den fotoelektriske effekt, og hvis hovedfunktion er at cirkulere en elektrisk strøm i de kredsløb, hvor de bruges. For eksempel bruges solpaneler til at betjene visse typer ure, oplade batterier af enhver art, også i vekselstrømsgenereringssystemer til det offentlige netværk og i hjem. Ansøgningerne er mange, prisen på markedet er stadig mere attraktiv og bidrager til bæredygtig udvikling, hvilket er fantastisk.

På grund af udviklingen i denne teknologiske erfaring har vi fundet det på mange enheder, for eksempel den, jeg viser dig, blev hentet fra en billig lommelygte, som jeg gemte og nu har en ny anvendelse.

Princippet er grundlæggende. Når et lys udsendes over et panel, forårsager det en forskel i elektrisk potentiale (spænding) ved dets terminaler. Når et voltmeter er tilsluttet, kan dette let verificeres. Denne forskel i potentiale er ansvarlig for cirkulationen af en elektrisk strøm, når en forbrugerindretning er tilsluttet, for eksempel en elektrisk modstand. Afhængigt af kredsløbets "impedans" og panelets egenskaber vil det cirkulere mere eller mindre strøm. I forhold til denne strøm vil der opleves et spændingsfald ved terminalerne på solpanelet, når forbrugeren er blevet tilsluttet, men hvis impedansen forbliver konstant, holdes spændingen også konstant, så længe belysningens egenskaber også er. Voltmålere har generelt en høj impedans, så de påvirker meget lidt spændingen, der måles med dem. Men hvad sker der, hvis belysningen ændres ?, så vil spændingen, og dette er den variabel, vi vil bruge.

Opsummering:

• Et solpanel, når det lyser, viser en spænding på dets terminaler, der kan måles med et voltmeter.

• Spændingen ændres ikke, hvis kredsløbets impedans og belysningens egenskaber holdes konstant (skal være i panelets følsomme spektrum, for at den fotoelektriske effekt kan forekomme).

• Enhver ændring i belysningen vil føre til en variation i spændingen, en variabel, der senere vil blive brugt til at opnå objekternes hastighed i eksperimenterne.

Baseret på de tidligere forskrifter kunne følgende idé formuleres:

Den projicerede skygge af et objekt, der bevæger sig på et solpanel, vil medføre en reduktion af dets terminalspænding. Den tid, det tager for faldet, kan bruges til at beregne den gennemsnitlige hastighed, hvormed objektet bevæger sig.

Trin 3: Indledende eksperiment

I den foregående video er de eksperimentelle principper vist for de tidligere ideer baseret på.

Billedet viser den tid, spændingsvariationen varede, som blev plottet af et oscilloskop. Ved korrekt konfiguration af triggerfunktionen kan du få den graf, som vi kan måle den forløbne tid under variationen. I demonstrationen var variationen cirka 29,60 ms.

Faktisk er tavleudkastet i eksperimentet ikke et punktobjekt, det har dimensioner. Viskelæderets venstre ende begynder at projicere sin skygge på solpanelet og begynder derfor at reducere spændingen til en minimumsværdi. Når viskelædet bevæger sig væk, og panelet begynder at blive opdaget igen, ses en stigning i spændingen. Den samlede målte tid svarer til den tid, det tog for projektion af skyggen at rejse hele panelet. Hvis vi måler objektets længde (som skal være lig med projektion af dets skygge, hvis vi tager visse bekymringer) tilføjer vi det med længden af panelets aktive zone og deler det mellem den tid, spændingsvariationen varede, så får vi hastighedsgennemsnittet for det objekt. Når objektets længde til måling af dets hastighed er kvantitativt højere end panelets aktive zone, kan panelet betragtes som et punktobjekt uden at indføre en bemærkelsesværdig fejl i målingerne (det betyder ikke at tilføje dens længde til objektlængden).

Lad os lave nogle beregninger (se billede)

Trin 4: For at anvende denne metode skal der tages nogle forholdsregler

• Solpanelet skal belyses af lyskilden i det eksperimentelle design, så vidt muligt undgå andre lyskilder, der påvirker det.

• Lysstrålerne skal ramme vinkelret på solpanelets overflade.

• Objektet skal projektere en veldefineret skygge.

• Panelets overflade og flyet, der indeholder bevægelsesretningen, skal være parallelle.

Trin 5: En typisk øvelse

Bestem hastigheden af en faldende kugle fra 1 m højde, overvej inicial speed cero.

Hvis bolden falder i frit fald, er det meget enkelt: se billede

Under reelle forhold kan den tidligere værdi være lavere på grund af friktionens virkning med luften. Lad os bestemme det eksperimentelt.

Trin 6: Design, konstruktion og udførelse af eksperimentet:

• Stick et plastrør til solpanelets aktive område. • Lodde nye ledninger til solpanelterminalerne, så falske kontakter undgås.

• Opret en understøtning til solpanelrørsamlingen, så den kan holdes vandret.

• Anbring en lommelygte eller anden lyskilde på en anden støtte, så projektionen af det udsendte lys rammer solpanelet vinkelret.

• Kontroller med et multimeter, at når et lys rammer solpanelet, registreres en konstant spændingsværdi større end nul.

• Placer solpanel-røret på forsiden af lanterne, så der er større afstand til det objekt, hvis hastighed du vil måle. Prøv at holde lyskilden (lommelygten) så langt som muligt fra solpanelet. Hvis lanternens lys er skabt af en enkelt LED, jo bedre.

• Mål fra midten af solpanelet og opad en afstand på en meter og markér det i en stang, væg eller lignende.

• Tilslut oscilloskopets sonde til solpanelets terminaler i henhold til polariteten.

• Indstil TRIGGER -indstillingen korrekt på oscilloskopet, så alle spændingsvariationer kan registreres under skyggen på panelet. I mit tilfælde var tidsinddelingerne i 5 ms, og spændingsafdelingerne i skalaen var 500mv. Nulspændingslinjen skulle justeres nedad, så al variationen ville passe. Udløsertærsklen blev placeret lige under den oprindelige konstante spænding.

• Mål længden af objektet og længden af panelets aktive zone, tilføj dem og skriv det ned til beregning af hastighed.

• Slip kroppen fra en meters højde, så dens skygge afbryder lysstrålen, der udsendes af lygten.

• Mål tidspunktet for spændingsvariationen med oscilloskopmarkørerne på tidsskalaen.

• Del summen af de tidligere længder mellem den tid, der måles i oscilloskopet.

• Sammenlign værdien med de teoretiske beregninger og kom til konklusioner (tag hensyn til mulige faktorer, der indfører fejl i målingen).

Resultater opnået: se billede

Trin 7: Nogle noter fra eksperimentet:

• De opnåede resultater synes at være korrekte i overensstemmelse med teorien.

• Det objekt, der er valgt til dette eksperiment, er ikke ideelt, jeg planlægger at gentage det med andre, der kan projektere en bedre defineret skygge, og som er symmetriske for at undgå mulige rotationer i løbet af efteråret.

• Det ville have været ideelt at placere panelrøret og lygten på separate borde, så der er fri plads.

• Eksperimentet skal gentages flere gange, idet man prøver at kontrollere de mulige årsager til fejl i målingerne, og statistiske metoder bør bruges til at opnå mere pålidelige resultater.

Forslag til materialer og instrumenter til dette projekt: Selvom jeg tror, at ethvert digitalt oscilloskop, lyskilde og solpanel kunne fungere, er det dem, jeg bruger.

ATTEN OSCILLOSCOPE

SOLPANEL

FAKKEL

Alle materialer og værktøjer, der bruges i mine projekter, kan købes via Ebay. Hvis du klikker på følgende link og foretager et køb, bidrager du til at få en lille provision.

EBAY.com

Jeg venter på dine kommentarer, spørgsmål og forslag.

Tak og bliv ved med mine næste projekter.