SOLÁRNÍ PANEL JAKO SLEDOVAČ STÍNŮ: 7 kroků (s obrázky)

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

Základní velikostí používanou ve fyzice a dalších vědách k popisu mechanického pohybu je rychlost. Měření bylo opakující se činností v experimentálních třídách. Ke studiu pohybu určitých objektů se svými studenty obvykle používám videokameru a software TRACKER. Jedna potíž, se kterou jsme se setkali, je: objekty, které se pohybují relativně vysokou rychlostí, se ve video rámcích objevují rozmazané, což přináší nejistotu v měřeních prováděných pomocí softwaru. Nejběžnější metody a nástroje pro studium objektů relativně vysokou rychlostí jsou založeny na DOPPLER efektu a optických senzorech spojených s chronografem.

V tomto NÁVODU přistupuji k alternativní experimentální metodě měření průměrné rychlosti objektu pomocí solárního panelu a osciloskopu. Je použitelný v laboratorních hodinách předmětu Fyzika (Klasická mechanika), zejména v tématu: Kinematika mechanického pohybu překladu. Navrhovaná metoda a její experimentální aplikace je účinně použitelná i pro další experimentální úkoly v rámci fyzikální disciplíny pro absolventy a absolventy. Může být také použit v jiných přírodovědných kurzech, kde jsou tyto obsahy studovány.

Pokud chcete zkrátit teoretické základy a přejít přímo ke konstrukci experimentálního zařízení, jak provádět měření, potřebné materiály a obrázky mého návrhu, přejděte přímo ke kroku 6.

Krok 1: Nějaká teorie:

„Rychlost“je známá jako vzdálenost uražená předmětem v určitém časovém intervalu. Rychlost je skalární veličina, tj. Velikost vektoru rychlosti, která také vyžaduje směr, ve kterém dochází ke změnám polohy. V tomto NÁVODU budeme hovořit o měření rychlosti, ale ve skutečnosti budeme měřit průměrnou rychlost.

Krok 2: Měření rychlosti pomocí solárního panelu?

Solární panely jsou zařízení, která fungují na principu fotoelektrického jevu a jejichž hlavní funkcí je cirkulace elektrického proudu v obvodech, ve kterých jsou použity. Například solární panely se používají k provozu určitých typů hodinek, nabíjení baterií všeho druhu, také v systémech generování střídavého proudu pro veřejnou síť a v domácnostech. Aplikace je mnoho, její cena na trhu je stále atraktivnější a přispívá k udržitelnému rozvoji, což je skvělé.

Vzhledem k vývoji této technologické praxe jsme jej našli v mnoha zařízeních, například ten, který vám ukážu, byl extrahován z levné baterky, kterou jsem uložil a nyní má nové použití.

Princip je základní. Když se světlo promítne na panel, způsobí na jeho svorkách rozdíl v elektrickém potenciálu (napětí). Když je připojen voltmetr, je to snadno ověřitelné. Tento rozdíl v potenciálu je zodpovědný za cirkulaci elektrického proudu, když je spotřebič připojen, například elektrický odpor. V závislosti na „impedanci“obvodu a charakteristikách panelu bude cirkulovat více či méně proudu. V souvislosti s tímto proudem dojde k poklesu napětí na svorkách solárního panelu, jakmile bude spotřebič připojen, ale pokud impedance zůstane konstantní, napětí se také udržuje konstantní, dokud jsou také charakteristiky osvětlení. Voltmetry mají obecně vysokou impedanci, takže ovlivní velmi málo napětí, které se s nimi měří. Ale co se stane, když se změní osvětlení ?, změní se tedy napětí a toto je proměnná, kterou použijeme.

Shrnutí:

• Pokud je solární panel osvětlený, ukazuje na jeho svorkách napětí, které lze měřit voltmetrem.

• Napětí se nemění, pokud jsou impedance obvodu a charakteristiky osvětlení udržovány konstantní (musí být v citlivém spektru panelu, aby došlo k fotoelektrickému jevu).

• Jakákoli změna osvětlení povede ke kolísání napětí, proměnné, která bude později použita k získání rychlosti objektů v experimentech.

Na základě předchozích pravidel by mohla být formulována následující myšlenka:

Promítaný stín předmětu pohybujícího se na solárním panelu způsobí snížení jeho koncového napětí. Čas potřebný ke snížení lze použít k výpočtu průměrné rychlosti pohybu objektu.

Krok 3: Počáteční experiment

V předchozím videu jsou experimentálně ukázány principy, na nichž je založena předchozí myšlenka.

Obrázek ukazuje čas, který trvala změna napětí, který byl vykreslen osciloskopem. Správnou konfigurací spouštěcí funkce můžete získat graf, na kterém můžeme měřit uplynulý čas během variace. V ukázce byla změna přibližně 29,60 ms.

Ve skutečnosti návrh tabule v experimentu není bodový objekt, má rozměry. Levý konec gumy začne promítat svůj stín na solární panel a následně začne snižovat napětí na minimální hodnotu. Když se guma vzdálí a panel začne být znovu objevován, je vidět zvýšení napětí. Celkový naměřený čas odpovídá času, který projekci stínu trvalo projít celým panelem. Pokud změříme délku předmětu (který by se měl rovnat projekci jeho stínu, pokud se staráme o určité starosti), přičteme jej k délce aktivní zóny panelu a rozdělíme jej na dobu, po kterou trvala změna napětí, pak získáme průměr rychlosti tohoto objektu. Pokud je délka objektu, který měří jeho rychlost, kvantitativně vyšší než aktivní zóna panelu, může být panel považován za bodový objekt, aniž by do měření byla zavedena výrazná chyba (to znamená nepřidávat jeho délku k délce objektu).

Udělejme nějaké výpočty (viz obrázek)

Krok 4: Chcete -li použít tuto metodu, je třeba vzít v úvahu některá opatření

• Solární panel musí být osvětlen světelným zdrojem poskytnutým v experimentálním provedení, přičemž se musí pokud možno vyhnout jiným světelným zdrojům, které jej ovlivňují.

• Světelné paprsky musí dopadat kolmo na povrch solárního panelu.

• Objekt musí promítat dobře definovaný stín.

• Povrch panelu a rovina obsahující směr pohybu musí být rovnoběžné.

Krok 5: Typické cvičení

Určete rychlost padajícího míče z výšky 1 m, zvažte oficiální rychlost cero.

Pokud míč spadne volným pádem, je to velmi jednoduché: viz obrázek

V reálných podmínkách může být předchozí hodnota nižší v důsledku působení tření se vzduchem. Pojďme to určit experimentálně.

Krok 6: Návrh, konstrukce a provedení experimentu:

• Nalepte plastovou trubičku na aktivní oblast solárního panelu. • Nové vývody připájejte ke svorkám solárního panelu, aby se zabránilo falešným kontaktům.

• Vytvořte podpěru pro sestavu trubice solárního panelu tak, aby ji bylo možné držet vodorovně.

• Umístěte baterku nebo jiný světelný zdroj na jinou podpěru tak, aby projekce vyzařovaného světla dopadala kolmo na solární panel.

• Zkontrolujte pomocí multimetru, že když světlo dopadne na solární panel, zaznamená se hodnota konstantního napětí větší než nula.

• Umístěte sestavu trubice solárního panelu na přední část lucerny a ponechejte větší vůli než u předmětu, jehož rychlost chcete měřit. Snažte se držet co nejdál zdroj světla (baterku) od solárního panelu. Pokud je světlo lucerny vytvořeno jedinou LED, tím lépe.

• Měřte od středu solárního panelu a směrem nahoru vzdálenost jednoho metru a označte jej v tyči, zdi nebo podobně.

• Připojte sondu osciloskopu ke svorkám solárního panelu, respektujte polaritu.

• Na osciloskopu správně nastavte volbu TRIGGER, aby bylo možné zaznamenat všechny změny napětí během přechodu stínu na panel. V mém případě byly časové dělení v 5 ms a napěťové dělení v rozsahu 500 mv. Řádek nulových napětí musel být upraven směrem dolů, aby se všechny varianty vešly. Spouštěcí práh byl umístěn těsně pod počáteční konstantní napětí.

• Změřte délku objektu a aktivní zóny panelu, přidejte je a zapište si je pro výpočet rychlosti.

• Vyhoďte tělo z výšky 1 m tak, aby jeho stín přerušil paprsek světla promítaný lucernou.

• Změřte čas kolísání napětí osciloskopickými kurzory na časové stupnici.

• Rozdělte součet dříve vytvořených délek mezi čas měřený v osciloskopu.

• Porovnat hodnotu s teoretickými výpočty a dojít k závěrům (vzít v úvahu možné faktory, které způsobují chyby v měření).

Získané výsledky: viz obr

Krok 7: Několik poznámek k experimentu:

• Získané výsledky se zdají být v souladu s teorií správné.

• Objekt vybraný pro tento experiment není ideální, mám v plánu jej zopakovat s dalšími, kteří mohou promítat lépe definovaný stín a které jsou symetrické, aby se zabránilo možnému otočení během pádu.

• Bylo by ideální umístit trubku panelu a lucernu na samostatné stoly a ponechat volný prostor dolů.

• Experiment by se měl několikrát opakovat, pokusit se kontrolovat možné příčiny chyb v měření a pro získání spolehlivějších výsledků by měly být použity statistické metody.

Návrhy materiálů a nástrojů pro tento projekt: I když se domnívám, že by mohl fungovat jakýkoli digitální osciloskop, světelný zdroj a solární panel, zde jsou ty, které používám.

ATTEN OSCILLOSCOPE

SOLÁRNÍ PANEL

POCHODEŇ

Veškerý materiál a nástroje použité v mých projektech lze zakoupit prostřednictvím Ebay. Pokud kliknete na následující odkaz a provedete nákup, přispějete k získání malé provize.

EBAY.com

Budu čekat na vaše komentáře, dotazy a návrhy.

Děkuji a držte krok s mými dalšími projekty.