Päikesepaneeli tahhomeeter: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

ÕPETUSES "Päikesepaneel kui varjude jälgija" esitati eksperimentaalne meetod objekti kiiruse määramiseks selle varju projektsioonist päikesepaneelile. Kas selle meetodi mõnda varianti on võimalik rakendada pöörlevate objektide uurimiseks? Jah, see on võimalik. Järgmisena esitatakse lihtne katseseade, mis võimaldab mõõta objekti pöörlemisperioodi ja -sagedust. Seda katseseadet saab kasutada aine "Füüsika: klassikaline mehaanika" õppimise ajal, eriti teema "Jäikade esemete pöörlemine" uurimise ajal. See on potentsiaalselt kasulik bakalaureuse- ja magistriõppe üliõpilastele eksperimentaalsete demonstratsioonide või laboriklasside ajal.

Samm: mõned teoreetilised märkused

Kui tahke objekt pöörleb ümber telje, kirjeldavad selle osad selle telje suhtes kontsentrilisi ümbermõõte. Aega, mis kulub ühel neist osapooltest ümbermõõdu täitmiseks, nimetatakse pöörlemisperioodiks. Periood ja sagedus on vastastikused suurusjärgud. Rahvusvahelises ühikute süsteemis on periood antud sekundites ja sagedus hertsides (Hz). Mõned seadmed pöörlemissageduse mõõtmiseks annavad väärtused pööretes minutis (p / min). Hz -st pööret minutiks teisendamiseks korrutage see väärtus lihtsalt 60 -ga ja saate pöörded minutis.

2. samm: materjalid ja instrumendid

• Väike päikesepaneel (100mm * 28mm)

• LED taskulamp

• Peegeldav kleeplint

• Must elektrilint

• Elektrikaabel

• Kaablisidemed

• Kuum silikoonpüstol

• jootekolb ja plekk

• Kolm puutükki (45mm * 20mm * 10mm)

• Digitaalne ostsilloskoop koos selle sondiga

• Pöörlev objekt, millele soovite selle pöörlemissagedust mõõta

3. samm: tööpõhimõte

Kui valgus tabab objekti, neeldub üks osa ja teine peegeldub. Sõltuvalt pinna omadustest ja objekti värvist võib see peegelduv valgus olla enam -vähem intensiivne. Kui mõne pinna omadusi muudetakse meelevaldselt, näiteks värvides või kleepides hõbedase või musta kleeplindi külge, võime tahtlikult põhjustada selles piirkonnas peegelduva valguse intensiivsuse muutuse. Siin me ei teeks "VARJUJÄRGIMIST", vaid põhjustaksime peegeldunud valgustuse omaduste muutuse. Kui pöörlevat eset valgustab valgusallikas ja päikesepaneel on õigesti paigutatud nii, et osa peegelduvast valgusest langeb sellele, peab selle klemmides ilmnema pinge. Sellel pingel on otsene seos vastuvõetava valgustugevusega. Kui muudame pinda, muutub peegeldunud valguse intensiivsus ja koos sellega ka paneeli pinge. Selle paneeli saab ühendada ostsilloskoobiga ja tuvastada pinge kõikumised aja jooksul. Kui suudame kindlaks teha kõvera sidusa ja korduva muutuse, mõõtes enda kordamiseks kuluvat aega, määraksime pöörlemisperioodi ja koos sellega ka pöörlemissageduse kaudselt, kui seda arvutame. Mõned ostsilloskoobid on võimelised neid väärtusi automaatselt arvutama, kuid õpetamise seisukohast on õpilaste jaoks produktiivne seda arvutada. Selle eksperimentaalse tegevuse lihtsustamiseks võiksime esialgu kasutada objekte, mis pöörlevad konstantsel pööretel ja eelistatavalt sümmeetriliselt selle pöörlemistelje suhtes.

Kokkuvõtteks:

1. Pidevalt pöörlev objekt peegeldab sellele langevat valgust.

2. Pöörleva objekti peegelduva valguse intensiivsus sõltub värvist ja selle pinna omadustest.

3. Päikesepaneelile ilmuv pinge sõltub peegeldunud valguse intensiivsusest.

4. Kui mõne osa omadusi muudetakse tahtlikult, muutub ka selles osas peegelduva valguse valgustugevus ja koos sellega ka päikesepaneeli pinge.

5. Objekti perioodi pöörlemise ajal saab määrata, mõõtes ostsilloskoobi abil aega, mis kulus kahe punkti vahel, millel on identsed pinge ja käitumise väärtused.

4. samm: katse kavandamine, ehitamine ja teostamine

1. Jootke päikesepaneeli külge kaks elektrijuhti. 2. Katke paneeli elektrilised kontaktid kuuma silikooniga, et vältida lühiseid.

3. Ehitage puidust tugi, ühendades kuuma silikooni või mõne muu liimiga kolm puutükki, nagu pildil näha.

4. Kleepige päikesepaneel kuuma silikooniga puidust toe külge, nagu pildil näidatud.

5. Kleepige latern puidust toe külge, nagu pildil näidatud, ja kinnitage see plastikust sidemetega.

6. Kinnitage paneeli elektrijuhid teise äärikuga puidust toe külge.

7. Kleepige objektile, mida soovite uurida, musta lindi riba ja seejärel hõbedast riba, nagu pildil näha.

8. Alustage uuritava objekti pöörlemist.

9. Ühendage ostsilloskoobi sond õigesti päikesepaneelide juhtmetega.

10. Seadistage ostsilloskoop õigesti. Minu puhul olid pingejaotused 500mv ja ajajaotused 25ms (see sõltub objekti pöörlemiskiirusest).

11. Asetage äsja kokkupandud katseseade asendisse, kus valguskiired peegelduvad pinnale, mis pöörleb ja päikesepaneeli tabab (aidake ennast ostsilloskoobis nähtu põhjal, et saada kõvera rohkem väljendunud muutusi).

12. Hoidke katseseade paar sekundit õiges asendis, et näha, kas kõvera tulemused jäävad konstantseks.

13. Peatage ostsilloskoop ja analüüsige kõverat, et teha kindlaks, millised positsioonid vastavad mustale ja millised hõbedasele lindile. Minu puhul, kuna uuritud elektrimootor oli kuldne, muutusid lindist tingitud muutused märgatavamaks.

14. Ostsilloskoobi kursorite abil mõõta faaside võrdsusega punktide vahel kulunud aega, esmalt lindi ja seejärel hõbedase lindi puhul ning võrdle neid (need peavad olema samad).

15. Kui teie ostsilloskoop ei arvuta automaatselt perioodi (sageduse) pöördväärtust, tehke seda. Saate eelmise väärtuse korrutada 60 -ga ja saada seega pöörded minutis.

16. Kui teil on väärtus kv või pöördeid volti kohta (juhul, kui tegemist on mootoriga, mis pakub neid omadusi), korrutage väärtus kv sisendpingega, võrrelge tulemust katsega saadud tulemusega ja jõuate järeldused.

Samm: mõned lõppmärkused ja soovitused

• Usaldusväärsete tulemuste saamiseks on mugav esialgu kontrollida oma ostsilloskoobi kalibreerimisolekut (kasutage ostsilloskoobi pakutavat kalibreerimissignaali, mis on tavaliselt 1 khz).
• Reguleerige oma ostsilloskoobi sondi õigesti. Kui kasutate ostsilloskoobi enda poolt genereeritud signaali, peaksite nägema ristkülikukujulisi impulsse, mis ei ole deformeerunud (vt pilti).
• Uurige oma päikesepaneeli tootjalt (andmeleht) elektrilist reaktsiooniaega. Minu puhul oli see tunduvalt madalam kui uuritud elektrimootori pöörlemisperiood, seega ei arvestanud ma selle mõjuga tehtud mõõtmistele.
• Võrrelge selle meetodiga saadud tulemusi kaubandusliku instrumendiga ja kaaluge mõlema eeliseid ja puudusi.

Nagu alati, olen tähelepanelik teie ettepanekute, kommentaaride ja küsimuste suhtes. Palju õnne ja sammu minu tulevaste projektidega!

Klassiruumi teadusvõistluse teine koht