مقياس سرعة لوحة الطاقة الشمسية: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

في INSTRUCTABLE "Solar Panel as Shadow Tracker" ، تم تقديم طريقة تجريبية لتحديد سرعة كائن من إسقاط ظلها على لوح شمسي. هل من الممكن تطبيق بعض أنواع هذه الطريقة لدراسة الأجسام الدوارة؟ نعم هذا ممكن. بعد ذلك ، سيتم تقديم جهاز تجريبي بسيط يجعل من الممكن قياس فترة وتكرار دوران كائن ما. يمكن استخدام هذا الجهاز التجريبي أثناء دراسة موضوع "الفيزياء: الميكانيكا الكلاسيكية" ، ولا سيما أثناء دراسة موضوع "دوران الأجسام الصلبة". من المحتمل أن يكون مفيدًا مع طلاب البكالوريوس والدراسات العليا ، أثناء العروض التجريبية أو الفصول المختبرية.

الخطوة 1: بعض الملاحظات النظرية

عندما يدور جسم صلب حول محور ، فإن أجزائه تصف محيطات متحدة المركز لهذا المحور. يُطلق على الوقت الذي يستغرقه أحد هذه الأطراف لإكمال المحيط فترة التناوب. الدورة والتردد هي مقادير متبادلة. في النظام الدولي للوحدات ، تُعطى الفترة بالثواني (ثوانٍ) والتردد بالهرتز (هرتز). بعض الأدوات لقياس وتيرة الدوران تعطي القيم في الدورات في الدقيقة (rpm). للتحويل من Hz إلى rpm ، اضرب القيمة في 60 وستحصل على rpm.

الخطوة 2: المواد والأدوات

• لوحة شمسية صغيرة (100 مم * 28 مم)

• مصباح يدوي LED

• شريط لاصق عاكس

• شريط كهربائي أسود

• الكابلات الكهربائية

• شريط رباط الاسلاك

• مسدس سيليكون ساخن

• لحام الحديد والقصدير

• ثلاث قطع من الخشب (45 مم * 20 مم * 10 مم)

• راسم الذبذبات الرقمي مع مسباره

• تدوير الكائن الذي تريد قياس تردد دورانه

الخطوة 3: مبدأ التشغيل

عندما يصطدم الضوء بجسم ما ، يمتص جزء وينعكس الآخر. اعتمادًا على خصائص السطح ولون الكائن ، يمكن أن يكون هذا الضوء المنعكس أكثر أو أقل كثافة. إذا تم تغيير خصائص جزء من السطح بشكل تعسفي ، دعنا نقول عن طريق دهانه أو عن طريق إلصاقه بشريط لاصق فضي أو أسود ، فيمكننا أن نتسبب عن عمد في تغيير شدة الضوء المنعكس في تلك المنطقة. لن نقوم هنا "بتتبع الظل" ولكننا نتسبب في تغيير خصائص الإضاءة المنعكسة. إذا كان جسم ما عند الدوران مضاءً بمصدر ضوئي وتم وضع لوحة شمسية بشكل صحيح ، بحيث يسقط جزء من الضوء المنعكس عليه ، يجب أن يظهر جهد عند أطرافه. هذا الجهد له علاقة مباشرة مع شدة الضوء التي يتلقاها. إذا قمنا بتغيير السطح ، فإن شدة الضوء المنعكس تتغير ومعها جهد اللوحة. يمكن توصيل هذه اللوحة بمؤشر الذبذبات وتحديد الاختلافات في الجهد فيما يتعلق بالوقت. إذا تمكنا من تحديد تغيير متماسك ومتكرر في المنحنى ، وقياس الوقت المستغرق لتكرار نفسه ، فسنحدد فترة الدوران ومعها ، تكرار الدوران بشكل غير مباشر إذا قمنا بحسابه. بعض راسمات الذبذبات قادرة على حساب هذه القيم تلقائيًا ، ولكن من وجهة نظر التدريس ، من المفيد للطلاب حسابها. لتبسيط هذا النشاط التجريبي ، يمكننا في البداية استخدام كائنات تدور بسرعة rpm ثابتة ويفضل أن تكون متناظرة فيما يتعلق بمحور دورانها.

تلخيص:

1. كائن يدور باستمرار يعكس الضوء الذي يسقط عليه.

2. تعتمد شدة الضوء المنعكس على الجسم الدوار على لون وخصائص سطحه.

3. الجهد الذي يظهر على اللوح الشمسي يعتمد على شدة الضوء المنعكس.

4. إذا تم تغيير خصائص جزء من السطح عن قصد ، فإن شدة الإضاءة للضوء المنعكس في هذا الجزء ستتغير أيضًا ومعها الجهد في اللوحة الشمسية.

5. يمكن تحديد فترة الجسم أثناء الدوران عن طريق قياس الوقت المنقضي بين نقطتين بقيم متطابقة للجهد والسلوك بمساعدة راسم الذبذبات.

الخطوة 4: تصميم وبناء وتنفيذ التجربة

1. لحام اثنين من الموصلات الكهربائية إلى الألواح الشمسية. 2. قم بتغطية نقاط التلامس الكهربائية على اللوحة بالسيليكون الساخن لتجنب حدوث دوائر كهربائية قصيرة.

3. قم ببناء الدعم الخشبي من خلال الانضمام إلى ثلاث قطع من الخشب باستخدام سيليكون ساخن أو غراء آخر كما هو موضح في الصورة.

4. الصق اللوح الشمسي بالدعم الخشبي بالسيليكون الساخن كما هو موضح في الصورة.

5. قم بلصق الفانوس بالدعم الخشبي كما هو موضح في الصورة وقم بتثبيته برباط بلاستيكي.

6. قم بتأمين الموصلات الكهربائية للوحة بشفة أخرى على الدعامة الخشبية.

7. الصق على الكائن الذي تريد دراسته شريطًا من شريط أسود ثم شريط فضي كما هو موضح في الصورة.

8. ابدأ بتدوير الشيء الذي تريد دراسته.

9. قم بتوصيل مسبار الذبذبات بشكل صحيح بموصلات الألواح الشمسية.

10. قم بإعداد مرسمة الذبذبات بشكل صحيح. في حالتي ، كانت أقسام الجهد 500 مللي فولت وأقسام الوقت 25 مللي ثانية (ستعتمد على سرعة دوران الكائن).

11. ضع الجهاز التجريبي الذي قمت بتجميعه للتو في وضع تنعكس فيه أشعة الضوء على السطح الذي يدور ويضرب اللوحة الشمسية (ساعد نفسك مما تراه في راسم الذبذبات للحصول على منحنى به تغييرات أكثر وضوحًا).

12. حافظ على الجهاز التجريبي ثابتًا في الموضع المناسب لبضع ثوان لمعرفة ما إذا كانت نتائج المنحنى ثابتة.

13. أوقف راسم الذبذبات وقم بتحليل المنحنى لتحديد المواضع التي تتوافق مع الشريط الأسود وأيها مع الشريط الفضي. في حالتي ، نظرًا لأن المحرك الكهربائي الذي درسته كان ذهبيًا ، أصبحت التغييرات التي أحدثها الشريط أكثر وضوحًا.

14. باستخدام مؤشرات الذبذبات ، قم بقياس الوقت المنقضي بين النقطتين مع تساوي الطور ، أولاً للشريط ثم للشريط الفضي وقارنها (يجب أن تكون هي نفسها).

15. إذا لم يقم راسم الذبذبات بحساب معكوس الفترة (التردد) تلقائيًا ، فقم بذلك. يمكنك مضاعفة القيمة السابقة في 60 وبالتالي الحصول على rpm.

16. إذا كانت لديك قيمة kv أو عدد الدورات لكل فولت (في حالة كونه محركًا يوفر هذه الخصائص) ، فاضرب القيمة kv بجهد الإدخال ، وقارن النتيجة مع تلك التي حصلت عليها أثناء التجربة وتوصل إلى الاستنتاجات.

الخطوة 5: بعض الملاحظات والتوصيات النهائية

• من الملائم التحقق مبدئيًا من حالة معايرة راسم الذبذبات للحصول على نتائج موثوقة (استخدم إشارة المعايرة التي يوفرها راسم الذبذبات ، والتي تبلغ عمومًا 1 كيلو هرتز).
• اضبط مسبار الذبذبات بشكل صحيح. يجب أن ترى نبضات مستطيلة غير مشوهة إذا كنت تستخدم الإشارة الناتجة عن الذبذبات نفسه (انظر الصورة).
• تحقق من وقت الاستجابة الكهربائية مع الشركة المصنعة للوحة الشمسية (ورقة البيانات). في حالتي ، كانت أقل بكثير من فترة دوران المحرك الكهربائي التي درستها ، لذلك لم أفكر في تأثيرها على القياسات التي أجريتها.
• قارن النتائج التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة مع تلك التي تم الحصول عليها بواسطة أداة تجارية واعتبر مزايا وعيوب كليهما.

كما هو الحال دائمًا ، سأكون منتبهًا لاقتراحاتك وتعليقاتك وأسئلتك. حظا سعيدا ومواكبة مشاريعي القادمة!

الوصيف في مسابقة Classroom Science