פנל סולארי כחוקר עוקב: 7 שלבים (עם תמונות)

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

גודל בסיסי המשמש בפיזיקה ובמדעים אחרים לתיאור תנועה מכנית הוא מהירות. מדידתו הייתה פעילות שחוזרת על עצמה בשיעורי ניסוי. בדרך כלל אני משתמש במצלמת וידאו ותוכנת TRACKER כדי ללמוד את התנועה של אובייקטים מסוימים עם התלמידים שלי. קושי אחד שחווינו הוא: אובייקטים הנעים במהירות גבוהה יחסית מופיעים מטושטשים במסגרות הווידיאו, מה שמביא אי וודאות במדידות שנעשו עם התוכנה. השיטות והמכשירים הנפוצים ביותר לחקר אובייקטים במהירות גבוהה יחסית מבוססים על אפקט DOPPLER וחיישנים אופטיים יחד עם כרונוגרף.

בהנחיה הנוכחית אני מתקרב לשיטת ניסוי חלופית למדידת המהירות הממוצעת של אובייקט בעזרת פאנל סולארי ואוסילוסקופ. זה ישים בשיעורי המעבדה של הנושא פיזיקה (מכניקה קלאסית), בפרט בנושא: קינמטיקה של התנועה המכנית של התרגום. השיטה המוצעת והיישום הניסיוני שלה ישימים בעוצמה רבה על משימות ניסוי אחרות בתוך תחום הפיזיקה עבור לא בוגרות ובוגרות. זה עשוי לשמש גם בקורסי מדע אחרים בהם נלמדים תכנים אלה.

אם אתה רוצה לקצר את היסודות התיאורטיים וללכת ישירות לבניית המכשיר הניסיוני, כיצד לבצע את המדידות, את החומרים הדרושים ואת תמונות העיצוב שלי, אנא עבור ישירות לשלב 6.

שלב 1: כמה תיאוריות:

"המהירות" ידועה כמרחק שעובר אובייקט במרווח זמן מסוים. מהירות היא הכמות הסקלרית, כלומר גודל וקטור המהירות הדורש גם את הכיוון בו מתרחשים שינויים במיקום. נדבר במדריך הזה למדוד מהירות, אבל באמת נמדוד מהירות ממוצעת.

שלב 2: מדידת מהירות באמצעות פאנל סולארי?

פאנלים סולאריים הם מכשירים הפועלים על פי העיקרון של האפקט הפוטואלקטרי ותפקידם העיקרי הוא להפיץ זרם חשמלי במעגלים בהם הם משמשים. לדוגמה, פאנלים סולאריים משמשים להפעלת סוגים מסוימים של שעונים, טעינת סוללות מכל הסוגים, גם במערכות ייצור AC לרשת הציבורית ובבתים. היישומים רבים, המחיר שלה בשוק אטרקטיבי יותר ויותר ותורם לפיתוח בר קיימא וזה נהדר.

בשל התפתחות הטכנולוגיה הזו שחווינו אנו מוצאים אותה במכשירים רבים, למשל, זה שאני מראה לך הופק מפנס זול ששמרתי ועכשיו יש לו שימוש חדש.

העיקרון הוא בסיסי. כאשר אור מוקרן מעל לוח, הוא גורם להבדל בין פוטנציאל החשמל (המתח) במסופיו. כאשר מחובר מד מתח ניתן לאמת זאת בקלות. הבדל זה בפוטנציאל אחראי על זרימת זרם חשמלי כאשר מכשיר צריכה מחובר, למשל, התנגדות חשמלית. בהתאם ל"עכבה "של המעגל ומאפייני הלוח, הוא יפיץ פחות או יותר זרם. ביחס לזרם זה, תחול ירידת מתח במסופי הלוח הסולרי לאחר חיבור הצרכן, אך אם העכבה נשארת קבועה, המתח נשמר גם הוא קבוע כל עוד המאפיינים של התאורה גם כן. למדידי וולט בדרך כלל יש עכבה גבוהה ולכן הם ישפיעו מעט מאוד על המתח הנמדד איתם. אבל מה יקרה אם התאורה תשתנה? כך גם המתח וזה המשתנה בו נשתמש.

תִמצוּת:

• פאנל סולארי כאשר הוא מואר מציג מתח במסופיו הניתן למדידה באמצעות מד מתח.

• המתח אינו משתנה אם עכבת המעגל ומאפייני התאורה נשמרים קבועים (חייב להיות בספקטרום הרגיש של הלוח כדי שהאפקט הפוטואלקטרי יתרחש).

• כל שינוי בתאורה יוביל לשינוי במתח, משתנה שישמש אותו מאוחר יותר להשגת מהירות האובייקטים בניסויים.

בהתבסס על ההוראות הקודמות ניתן היה לנסח את הרעיון הבא:

הצל המוקרן של אובייקט, הנע על פאנל סולארי יגרום לירידה במתח הטרמינל שלו. ניתן לנצל את הזמן הנדרש להורדה כדי לחשב את המהירות הממוצעת שבה אובייקט זה זז.

שלב 3: ניסוי ראשוני

בסרטון הקודם העקרונות שעליהם מבוסס הרעיון הקודם מוצגים בניסוי.

התמונה מציגה את הזמן בו נמשכה וריאציית המתח שאותו תכנן אוסצילוסקופ. על ידי הגדרה נכונה של פונקציית ההדק תוכל להשיג את התרשים שאליו נוכל למדוד את הזמן שחלף במהלך הווריאציה. בהפגנה, השונות הייתה כ- 29.60ms.

למעשה, טיוטת הלוח בניסוי אינה אובייקט נקודתי, יש לה ממדים. הקצה השמאלי של המחק מתחיל להטיל את הצל שלו על הלוח הסולארי וכתוצאה מכך מתחיל להוריד את המתח לערך מינימלי. כאשר המחק מתרחק והלוח מתחיל להתגלות שוב, נראית עלייה במתח. הזמן הכולל שנמדד תואם את הזמן שלקח להקרנת הצל לעבור לכל הלוח. אם נמדוד את אורך האובייקט (שאמור להיות שווה להקרנת הצל שלו אם ניקח דאגות מסוימות) נוסיף אותו באורך האזור הפעיל של הלוח ומחלק אותו בין הזמן בו נמשכה וריאציית המתח, אז נקבל את ממוצע המהירות של אותו אובייקט. כאשר אורך האובייקט למדידת מהירותו גבוה כמותית מהאזור הפעיל של הלוח, ניתן לראות את הלוח כאובייקט נקודתי מבלי להכניס שגיאה בולטת במדידות (המשמעות היא לא להוסיף את אורכו לאורך האובייקט).

בואו נעשה כמה חישובים (ראו תמונה)

שלב 4: כדי ליישם שיטה זו יש לקחת בחשבון כמה אמצעי זהירות

• הפאנל הסולארי חייב להיות מואר על ידי מקור האור המסופק בעיצוב הניסיוני, תוך הימנעות ככל האפשר ממקורות אור אחרים המשפיעים עליו.

• קרני האור חייבות להכות בניצב למשטח הלוח הסולארי.

• האובייקט חייב להקרין צל מוגדר היטב.

• פני הלוח והמטוס המכיל את כיוון התנועה חייבים להיות מקבילים.

שלב 5: תרגיל אופייני

קבע את מהירותו של כדור נופל מגובה 1 מ ', שקול מהירות סיבית מהירה.

אם הכדור נופל בנפילה חופשית זה מאוד פשוט: ראו תמונה

בתנאים אמיתיים הערך הקודם עשוי להיות נמוך יותר עקב פעולת החיכוך עם האוויר. בואו נקבע זאת בניסוי.

שלב 6: תכנון, בנייה וביצוע הניסוי:

• הדבק צינור פלסטיק לאזור הפעיל של הפאנל הסולארי. • הלחמה של מוליכים חדשים למסופי הפאנל הסולארי כדי להימנע ממגעים שקריים.

• צור תמיכה למכלול צינורות הפאנל הסולארי כך שניתן יהיה להחזיק אותו אופקית.

• הנח פנס או מקור אור אחר על תומך אחר כך שהקרנה של האור הנפלט תפגע בפאנל הסולארי בניצב.

• בדוק במולטימטר שכאשר אור פוגע בלוח השמש, נרשם ערך מתח קבוע גדול מאפס.

• הניחו את מכלול צינור הפאנל הסולארי בחזית הפנס, והשאירו מרווח גדול יותר מהאובייקט שאת מהירותו אתם רוצים למדוד. נסו להרחיק ככל האפשר את מקור האור (פנס) מהפאנל הסולארי. אם אור הפנס נוצר על ידי מנורה אחת, כך ייטב.

• למדוד ממרכז הפאנל הסולארי ומעלה מרחק של מטר אחד ולסמן אותו במוט, קיר או דומה.

• חבר את החללית של האוסילוסקופ למסופי הלוח הסולארי, תוך כיבוד הקוטביות.

• הגדר את האפשרות TRIGGER כראוי באוסילוסקופ, כך שניתן יהיה לרשום את כל וריאציות המתח במהלך מעבר הצל על הלוח. במקרה שלי חלוקות הזמן היו ב- 5ms וחלוקות המתח בסולם היו 500mv. היה צריך להתאים את קו המתחים אפס כלפי מטה כך שכל הווריאציה תתאים. סף ההדק הוצב ממש מתחת למתח הקבוע ההתחלתי.

• מדוד את אורך האובייקט ושל האזור הפעיל של הלוח, הוסף אותם ורשום אותו לחישוב המהירות.

• הורידו את הגוף מגובה 1 מ 'כך שהצל שלו יקטע את קרן האור המוקרנת על ידי העששית.

• מדוד את זמן וריאציית המתח בעזרת סמוני האוסילוסקופ בסולם הזמן.

• חלקו את סכום האורכים שנעשו בעבר בין הזמן הנמדד באוסילוסקופ.

• השוו את הערך עם החישובים התיאורטיים והגיעו למסקנות (קחו בחשבון גורמים אפשריים המביאים טעויות במדידה).

התקבלו תוצאות: ראו תמונה

שלב 7: כמה הערות של הניסוי:

• נראה שהתוצאות המתקבלות נכונות בהתאמה לתיאוריה.

• האובייקט שנבחר לניסוי זה אינו אידיאלי, אני מתכוון לחזור עליו עם אחרים שיכולים להקרין צל מוגדר יותר ושהם סימטריים כדי למנוע סיבובים אפשריים במהלך הנפילה.

• זה היה אידיאלי למקם את צינור הפאנל והפנס על שולחנות נפרדים, ולהשאיר מקום פנוי למטה.

• יש לחזור על הניסוי מספר פעמים, לנסות לשלוט בסיבות האפשריות לטעויות במדידות ולהשתמש בשיטות סטטיסטיות להשגת תוצאות מהימנות יותר.

הצעות חומרים ומכשירים לפרויקט זה: למרות שאני מאמין שכל אוסצילוסקופ דיגיטלי, מקור אור ופאנל סולארי יכולים לעבוד, להלן אלה בהם אני משתמש.

ATTEN OSCILLOSCOPE

פנל סולארי

לפיד

ניתן לרכוש את כל החומרים והכלים המשמשים בפרויקטים שלי דרך Ebay. אם תלחץ על הקישור הבא ותבצע רכישה, אתה תורם לקבל עמלה קטנה.

EBAY.com

אני אחכה להערות, שאלות והצעות שלך.

תודה והמשך בפרויקטים הבאים שלי.