TACHOMETER לוח SOLAR: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

ב- INSTRUCTABLE "פאנל סולארי כמעקב צללים" הוצגה שיטה ניסיונית לקביעת מהירות אובייקט מהקרנת הצל שלו על פאנל סולארי. האם ניתן ליישם גרסה כלשהי של שיטה זו לחקר אובייקטים מסתובבים? כן זה אפשרי. לאחר מכן יוצג מכשיר ניסוי פשוט שיאפשר למדוד את תקופת ותדירות הסיבוב של אובייקט. ניתן להשתמש במכשיר ניסיוני זה במהלך לימוד הנושא "פיזיקה: מכניקה קלאסית", בפרט במהלך לימוד הנושא "סיבוב אובייקטים קשיחים". זה עשוי להיות שימושי עם סטודנטים לתואר ראשון ושני, במהלך הדגמות ניסיוניות או שיעורי מעבדה.

שלב 1: כמה הערות תיאורטיות

כאשר אובייקט מוצק מסתובב סביב ציר, חלקיו מתארים היקפים קונצנטריים לאותו ציר. הזמן שלוקח לאחד הצדדים להשלים את ההיקף נקרא תקופת הסיבוב. התקופה והתדירות הם גדלים הדדיים. במערכת היחידות הבינלאומית התקופה ניתנת בשניות (ים) והתדירות בהרץ (הרץ). כמה מכשירים למדידת תדירות הסיבוב נותנים את הערכים במהפכות לדקה (סל"ד). כדי להמיר מהרץ לסל"ד, פשוט הכפל את הערך ב- 60 ותקבל את הסל"ד.

שלב 2: חומרים ומכשירים

• פאנל סולארי קטן (100 מ"מ * 28 מ"מ)

• פנס לד

• סרט הדבקה מחזיר אור

• סרט חשמלי שחור

• כבל חשמלי

• קשרי כבל

• אקדח סיליקון חם

• מלחם ופח

• שלוש פיסות עץ (45 מ"מ * 20 מ"מ * 10 מ"מ)

• אוסצילוסקופ דיגיטלי עם החללית שלו

• אובייקט מסתובב שאליו ברצונך למדוד את תדירות הסיבוב שלו

שלב 3: עקרון הפעולה

כאשר אור פוגע באובייקט, חלק אחד נספג וחלק אחר משתקף. בהתאם למאפייני המשטח ולצבע האובייקט, אור מוחזר זה יכול להיות פחות או יותר אינטנסיבי. אם המאפיינים של חלק מהמשטח משתנים באופן שרירותי, נניח על ידי צביעתו או הדבקתו על סרט דבק כסוף או שחור, נוכל לגרום בכוונה לשינוי בעוצמת האור המוחזר באזור זה. כאן לא היינו עושים "TRACKING TRACKING" אבל היינו גורמים לשינוי במאפייני התאורה המוחזרת. אם אובייקט בעת סיבוב מואר על ידי מקור אור ופאנל סולארי ממוקם כהלכה, כך שחלק מהאור המוחזר נופל עליו, חייב להופיע מתח במסופיו. למתח זה יש קשר ישיר עם עוצמת האור שהוא מקבל. אם נשנה את פני השטח, עוצמת האור המוחזר משתנה ואיתו מתח הלוח. ניתן לחבר לוח זה לאוסילוסקופ ולזהות וריאציות במתח ביחס לזמן. אם נוכל לזהות שינוי עקבי וחוזר על עצמו בעקומה, למדידת הזמן שנדרש לחזור על עצמו, היינו קובעים את תקופת הסיבוב ואיתו, את תדירות הסיבוב בעקיפין אם מחשבים אותו. כמה אוסצילוסקופים מסוגלים לחשב ערכים אלה באופן אוטומטי, אך מבחינת ההוראה, פרודוקטיבי הוא לתלמידים לחשב אותו. כדי לפשט את הפעילות הניסיונית הזו נוכל בתחילה להשתמש באובייקטים המסתובבים בסל"ד קבוע ורצוי סימטרי ביחס לציר הסיבוב שלו.

תִמצוּת:

1. אובייקט המסתובב ברציפות מחזיר את האור הנופל עליו.

2. עוצמת האור המוחזר על ידי האובייקט המסתובב תלויה בצבע ובמאפייני פני השטח שלו.

3. המתח המופיע בלוח השמש תלוי בעוצמת האור המוחזר.

4. אם תכונותיו של חלק מהמשטח ישתנו במכוון, עוצמת הזוהר של האור המוחזר בחלק זה תשתנה ואיתה גם המתח בלוח השמש.

5. ניתן לקבוע את תקופת האובייקט במהלך הסיבוב על ידי מדידת הזמן שחלף בין שתי נקודות עם ערכים זהים של מתח והתנהגות בעזרת אוסצילוסקופ.

שלב 4: תכנון, בנייה וביצוע הניסוי

1. הלחם שני מוליכים חשמליים ללוח הסולארי. 2. מכסים את מגעי החשמל בלוח בסיליקון חם כדי להימנע מקצרים.

3. בנה את תומך העץ על ידי חיבור בסיליקון חם או דבק אחר לשלוש חתיכות העץ כפי שניתן לראות בתמונה.

4. הדביקו את הפאנל הסולארי לתמיכת העץ בעזרת סיליקון חם כפי שמוצג בתמונה.

5. הדביקו את הפנס לתמיכת העץ כפי שמוצג בתמונה ואבטחו אותו בעזרת קשרי פלסטיק.

6. אבטח את מוליכי החשמל של הלוח בעזרת אוגן נוסף לתמיכת העץ.

7. הדבק על האובייקט שאתה רוצה ללמוד רצועת סרט שחור ולאחר מכן רצועת כסף כפי שניתן לראות בתמונה.

8. התחל את סיבוב האובייקט שברצונך ללמוד.

9. חבר את בדיקת האוסילוסקופ כראוי למוליכי לוח השמש.

10. הגדר את האוסילוסקופ שלך בצורה נכונה. במקרה שלי חלוקות המתח היו 500mv וחלוקות הזמן 25ms (זה יהיה תלוי במהירות הסיבוב של האובייקט).

11. הנח את מכשיר הניסוי שהרכבת זה עתה במיקום שבו קרני האור משתקפות על פני השטח המסתובבים ופוגעים בפאנל הסולארי (עזור לעצמך ממה שאתה רואה באוסילוסקופ כדי לקבל עקומה עם שינויים בולטים יותר).

12. שמור את מכשיר הניסוי קבוע במיקום הנכון למשך מספר שניות כדי לראות אם תוצאות העקומה נשארות קבועות.

13. עצרו את האוסילוסקופ ונתחו את העקומה כדי לקבוע אילו עמדות מתאימות לקלטת השחורה ואילו לקלטת הכסף. במקרה שלי, מכיוון שהמנוע החשמלי שלמדתי היה מוזהב, השינויים שנגרמו על ידי הקלטת נעשו בולטים יותר.

14. בעזרת סמוני האוסילוסקופ, מדוד את הזמן שחלף בין הנקודות עם שוויון פאזה, תחילה עבור הקלטת ולאחר מכן עבור סרט הכסף והשווה אותן (הן חייבות להיות זהות).

15. אם האוסילוסקופ שלך אינו מחשב אוטומטית את ההיפוך של התקופה (תדירות), עשה זאת. אתה יכול להכפיל את הערך הקודם ב- 60 ובכך לקבל את הסל ד.

16. אם יש לך את הערך kv או סיבובים לוולט (במקרה שמדובר במנוע המציע מאפיינים אלה) הכפל את הערך kv במתח הכניסה, השווה את התוצאה לזה שהתקבל על ידך במהלך הניסוי והגיע ל מסקנות.

שלב 5: כמה הערות והמלצות אחרונות

• נוח לבדוק תחילה את מצב הכיול של האוסילוסקופ שלך כדי להשיג תוצאות מהימנות (השתמש באות הכיול שמציע האוסילוסקופ, שהוא בדרך כלל 1 קילוהרץ).
• התאם את בדיקת האוסילוסקופ שלך בצורה נכונה. אתה אמור לראות פולסים מלבניים שאינם מעוותים אם אתה משתמש באות שנוצר על ידי האוסילוסקופ עצמו (ראה תמונה).
• בדוק את זמן התגובה החשמלית מול יצרן הפאנל הסולארי שלך (גליון נתונים). במקרה שלי הוא היה נמוך בהרבה מתקופת הסיבוב של המנוע החשמלי שלמדתי, ולכן לא התחשבתי בהשפעתו על המדידות שביצעתי.
• השווה את התוצאות המתקבלות בשיטה זו לאלה שהתקבלו על ידי מכשיר מסחרי ושקול את היתרונות והחסרונות של שניהם.

כמו תמיד אהיה קשוב להצעות, הערות ושאלות שלך. בהצלחה והמשך בפרויקטים הקרובים שלי!

סגנית בתחרות מדע בכיתה