TACHOMETR SOLÁRNÍHO PANELU: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

V NÁVODU „Solární panel jako vyhledávač stínů“byla představena experimentální metoda ke stanovení rychlosti objektu z projekce jeho stínu na solární panel. Je možné použít nějakou variantu této metody ke studiu rotujících objektů? Ano, je to možné. Dále bude představen jednoduchý experimentální aparát, který umožní měřit periodu a frekvenci otáčení objektu. Tento experimentální aparát lze použít při studiu předmětu „Fyzika: Klasická mechanika“, zejména při studiu tématu „Rotace tuhých předmětů“. Je potenciálně užitečný u vysokoškoláků a postgraduálních studentů, během experimentálních demonstrací nebo laboratorních hodin.

Krok 1: Několik teoretických poznámek

Když se pevný předmět otáčí kolem osy, jeho části popisují obvody soustředné k této ose. Doba, po kterou jeden z těchto stran dokončí obvod, se nazývá perioda rotace. Perioda a frekvence jsou vzájemné veličiny. V mezinárodním systému jednotek je doba uvedena v sekundách (s) a frekvence v Hz (Hz). Některé přístroje pro měření frekvence otáčení udávají hodnoty v otáčkách za minutu (ot / min). Chcete -li převést z Hz na otáčky, jednoduše vynásobte hodnotu 60 a získáte otáčky.

Krok 2: Materiály a nástroje

• Malý solární panel (100 mm * 28 mm)

• LED svítilna

• Reflexní lepicí páska

• Černá elektrická páska

• Elektrický kabel

• Stahovací pásky

• Horká silikonová pistole

• Páječka a cín

• Tři kusy dřeva (45 mm * 20 mm * 10 mm)

• Digitální osciloskop se sondou

• Rotující objekt, u kterého chcete měřit jeho frekvenci otáčení

Krok 3: Princip provozu

Při dopadu světla na předmět je jedna část absorbována a druhá odražena. V závislosti na vlastnostech povrchu a barvě předmětu může být odražené světlo více či méně intenzivní. Pokud se vlastnosti části povrchu změní libovolně, řekněme natřením nebo přilepením na stříbrnou nebo černou lepicí pásku, můžeme záměrně způsobit změnu intenzity světla odraženého v této oblasti. Zde bychom neprováděli „SLEDOVÁNÍ STÍNU“, ale způsobili bychom změnu charakteristik odraženého osvětlení. Pokud je předmět při otáčení osvětlen světelným zdrojem a solární panel je správně umístěn tak, že na něj dopadá část odraženého světla, musí se na jeho svorkách objevit napětí. Toto napětí má přímý vztah k intenzitě světla, které přijímá. Pokud změníme povrch, změní se intenzita odraženého světla a s ním i napětí panelu. Tento panel by mohl být připojen k osciloskopu a identifikovat kolísání napětí s ohledem na čas. Pokud dokážeme identifikovat koherentní a opakující se změnu křivky, měříme -li čas potřebný k jejímu opakování, určili bychom dobu rotace as ní i frekvenci rotace nepřímo, pokud ji vypočítáme. Některé osciloskopy jsou schopny tyto hodnoty automaticky vypočítat, ale z hlediska výuky je pro studenty produktivní je vypočítat. Ke zjednodušení této experimentální činnosti bychom zpočátku mohli použít objekty, které se otáčejí při konstantních otáčkách a přednostně symetrické vzhledem k ose otáčení.

Shrnutí:

1. Předmět, který se nepřetržitě otáčí, odráží světlo, které na něj dopadá.

2. Intenzita světla odraženého rotujícím předmětem závisí na barvě a vlastnostech jeho povrchu.

3. Napětí, které se objeví na solárním panelu, závisí na intenzitě odraženého světla.

4. Pokud se záměrně změní vlastnosti části povrchu, změní se také světelná intenzita světla odraženého v této části a s tím i napětí v solárním panelu.

5. Periodu objektu během otáčení lze určit měřením času, který uplynul mezi dvěma body se stejnými hodnotami napětí a chování, pomocí osciloskopu.

Krok 4: Návrh, konstrukce a provedení experimentu

1. Připájejte dva elektrické vodiče k solárnímu panelu. 2. Zakryjte elektrické kontakty na panelu horkým silikonem, aby nedošlo ke zkratu.

3. Postavte dřevěnou podpěru spojením horkého silikonu nebo jiného lepidla tři kusy dřeva, jak je vidět na obrázku.

4. Přilepte solární panel k dřevěné podpěře horkým silikonem, jak je znázorněno na obrázku.

5. Lucernu přilepte na dřevěnou podpěru, jak je znázorněno na obrázku, a zajistěte ji plastovými vázacími pásky.

6. Zajistěte elektrické vodiče panelu další přírubou k dřevěné podpěře.

7. Na objekt, který chcete prostudovat, nalepte proužek černé pásky a poté stříbrný pás, jak je vidět na obrázku.

8. Spusťte otáčení objektu, který chcete studovat.

9. Připojte sondu osciloskopu správně k vodičům solárního panelu.

10. Správně nastavte osciloskop. V mém případě byly napěťové dělení 500mv a časové dělení 25ms (to bude záviset na rychlosti otáčení objektu).

11. Umístěte experimentální aparát, který jste právě sestavili, do polohy, kde se světelné paprsky odrážejí na povrchu, který se otáčí a dopadá na solární panel (pomozte si tím, co vidíte na osciloskopu, abyste získali křivku s výraznějšími změnami).

12. Udržujte experimentální aparát fixovaný ve správné poloze po dobu několika sekund, abyste zjistili, zda výsledky křivky zůstávají konstantní.

13. Zastavte osciloskop a analyzujte křivku, abyste zjistili, které polohy odpovídají černé pásce a které stříbrné pásce. V mém případě, protože elektrický motor, který jsem studoval, byl zlatý, byly změny způsobené páskou znatelnější.

14. Pomocí kurzorů osciloskopu změřte uplynulý čas mezi body s fázovou rovností, nejprve pro pásku a poté pro stříbrnou pásku a porovnejte je (musí být stejné).

15. Pokud váš osciloskop automaticky nevypočítá převrácenou hodnotu periody (frekvence), proveďte to. Předchozí hodnotu můžete vynásobit 60 a získat tak otáčky.

16. Pokud máte hodnotu kv nebo otáčky na volt (v případě, že se jedná o motor, který nabízí tyto charakteristiky) vynásobte hodnotu kv vstupním napětím, porovnejte výsledek s výsledkem získaným během experimentu a dojděte k závěry.

Krok 5: Několik závěrečných poznámek a doporučení

• Je vhodné nejprve zkontrolovat stav kalibrace vašeho osciloskopu, abyste získali spolehlivé výsledky (použijte kalibrační signál nabízený osciloskopem, který je obecně 1 khz).
• Správně nastavte sondu osciloskopu. Pokud použijete signál generovaný samotným osciloskopem (viz obrázek), měli byste vidět nedeformované obdélníkové impulsy.
• Prozkoumejte dobu elektrické odezvy u výrobce vašeho solárního panelu (datový list). V mém případě to bylo mnohem nižší než období otáčení elektromotoru, které jsem studoval, takže jsem nezvažoval jeho vliv na měření, která jsem provedl.
• Porovnejte výsledky získané touto metodou s výsledky získanými komerčním nástrojem a zvažte výhody a nevýhody obou.

Jako vždy budu věnovat pozornost vašim návrhům, komentářům a dotazům. Hodně štěstí a držte krok s mými nadcházejícími projekty!

Druhé místo v soutěži o vědu ve třídě