TACHOMETER SOLÁRNY PANEL: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

V NÁVODE „Solárny panel ako sledovač tieňov“bola predstavená experimentálna metóda na určenie rýchlosti objektu z priemetu jeho tieňa na solárny panel. Je možné použiť nejaký variant tejto metódy na štúdium rotujúcich predmetov? Áno, je to možné. Ďalej bude predstavený jednoduchý experimentálny prístroj, ktorý umožní zmerať periódu a frekvenciu otáčania objektu. Tento experimentálny prístroj je možné použiť pri štúdiu predmetu „Fyzika: klasická mechanika“, najmä pri štúdiu témy „Rotácia tuhých predmetov“. Je potenciálne užitočný pre vysokoškolákov a absolventov, počas experimentálnych ukážok alebo laboratórnych hodín.

Krok 1: Niekoľko teoretických poznámok

Keď sa pevný predmet otáča okolo osi, jeho časti opisujú obvody sústredné k tejto osi. Čas, ktorý trvá jednej z týchto strán na dokončenie obvodu, sa nazýva rotačné obdobie. Perióda a frekvencia sú recipročné veličiny. V medzinárodnom systéme jednotiek je perióda uvedená v sekundách (sekundách) a frekvencia v hertzoch (Hz). Niektoré nástroje na meranie frekvencie otáčania udávajú hodnoty v otáčkach za minútu (ot / min). Ak chcete previesť z Hz na otáčky, jednoducho vynásobte hodnotu 60 a získate otáčky.

Krok 2: Materiály a nástroje

• Malý solárny panel (100 mm * 28 mm)

• LED baterka

• Reflexná lepiaca páska

• Čierna elektrická páska

• Elektrický kábel

• Sťahovacie pásky

• Horúca silikónová pištoľ

• Spájkovačka a cín

• Tri kusy dreva (45 mm * 20 mm * 10 mm)

• Digitálny osciloskop so sondou

• Rotujúci objekt, ktorému chcete zmerať frekvenciu otáčania

Krok 3: Princíp činnosti

Keď svetlo dopadne na predmet, jedna časť je absorbovaná a druhá odrazená. V závislosti od vlastností povrchu a farby predmetu môže byť odrazené svetlo viac alebo menej intenzívne. Ak by sa vlastnosti časti povrchu ľubovoľne zmenili, povedzme natretím alebo prilepením na striebornú alebo čiernu lepiacu pásku, mohli by sme zámerne spôsobiť zmenu intenzity svetla odrazeného v tejto oblasti. Tu by sme nerobili „sledovanie tieňov“, ale spôsobili by sme zmenu charakteristík odrazeného svetla. Ak je predmet pri otáčaní osvetlený zdrojom svetla a solárny panel je správne umiestnený tak, že naň dopadá časť odrazeného svetla, musí sa na jeho svorkách objaviť napätie. Toto napätie má priamy vzťah s intenzitou svetla, ktoré prijíma. Ak zmeníme povrch, zmení sa intenzita odrazeného svetla a s ním aj napätie panelu. Tento panel je možné pripojiť k osciloskopu a identifikovať zmeny napätia vzhľadom na čas. Ak dokážeme identifikovať súvislú a opakujúcu sa zmenu krivky, meraním času, ktorý je potrebný na jej opakovanie, určili by sme periódu rotácie a spolu s ňou aj frekvenciu rotácie nepriamo, ak ju vypočítame. Niektoré osciloskopy sú schopné tieto hodnoty automaticky vypočítať, ale z hľadiska vyučovania je pre študentov produktívne ich vypočítať. Na zjednodušenie tejto experimentálnej činnosti by sme mohli spočiatku použiť objekty, ktoré sa otáčajú konštantnými otáčkami a pokiaľ možno symetrické vzhľadom na svoju os otáčania.

Zhrnutie:

1. Predmet, ktorý sa nepretržite otáča, odráža svetlo, ktoré naň dopadá.

2. Intenzita svetla odrazeného rotujúcim predmetom závisí od farby a vlastností jeho povrchu.

3. Napätie, ktoré sa objaví na solárnom paneli, závisí od intenzity odrazeného svetla.

4. Ak sa zámerne zmenia charakteristiky časti povrchu, zmení sa aj svetelná intenzita svetla odrazeného v tejto časti a s ním aj napätie v solárnom paneli.

5. Periódu objektu počas otáčania je možné určiť meraním času, ktorý uplynul medzi dvoma bodmi s rovnakými hodnotami napätia a správania, pomocou osciloskopu.

Krok 4: Návrh, konštrukcia a prevedenie experimentu

1. Pripojte dva elektrické vodiče k solárnemu panelu. 2. Elektrické kontakty na paneli zakryte horúcim silikónom, aby ste predišli skratom.

3. Postavte drevenú podperu spojením horúceho silikónu alebo iného lepidla tri kusy dreva, ako je vidieť na obrázku.

4. Prilepte solárny panel na drevenú podperu horúcim silikónom, ako je znázornené na obrázku.

5. Prilepte lampáš na drevenú podperu podľa obrázku a zaistite ho plastovými úchytkami.

6. Zaistite elektrické vodiče panelu ďalšou prírubou k drevenej podpere.

7. Prilepte predmet, ktorý chcete študovať, pásik čiernej pásky a potom strieborný pás, ako je vidieť na obrázku.

8. Začnite otáčať objekt, ktorý chcete študovať.

9. Správne pripojte sondu osciloskopu k vodičom solárneho panelu.

10. Správne nastavte osciloskop. V mojom prípade boli napäťové delenia 500 mv a časové delenia 25 ms (bude to závisieť od rýchlosti otáčania objektu).

11. Umiestnite experimentálny prístroj, ktorý ste práve zostavili, do polohy, v ktorej sa svetelné lúče odrážajú na povrchu, ktorý sa otáča a dopadá na solárny panel (pomôžte si tým, čo vidíte na osciloskope, aby ste získali krivku s výraznejšími zmenami).

12. Experimentálne zariadenie nechajte niekoľko sekúnd zafixované v správnej polohe, aby ste zistili, či výsledky krivky zostávajú konštantné.

13. Zastavte osciloskop a analyzujte krivku, aby ste určili, ktoré polohy zodpovedajú čiernej páske a ktoré striebornej páske. V mojom prípade, pretože elektrický motor, ktorý som študoval, bol zlatý, zmeny spôsobené páskou boli zreteľnejšie.

14. Pomocou kurzorov osciloskopu zmerajte uplynulý čas medzi bodmi s fázovou rovnosťou, najskôr pre pásku a potom pre striebornú stuhu a porovnajte ich (musia byť rovnaké).

15. Ak váš osciloskop automaticky nevypočíta inverznú hodnotu periódy (frekvencie), urobte to. Predchádzajúcu hodnotu môžete vynásobiť 60 a získať tak otáčky.

16. Ak máte hodnotu kv alebo otáčky na volt (v prípade, že ide o motor, ktorý ponúka tieto charakteristiky), vynásobte hodnotu kv vstupným napätím, výsledok porovnajte s výsledkom, ktorý ste získali počas experimentu, a dospejte k závery.

Krok 5: Niektoré záverečné poznámky a odporúčania

• Je vhodné najskôr skontrolovať stav kalibrácie vášho osciloskopu, aby ste získali spoľahlivé výsledky (použite kalibračný signál ponúkaný osciloskopom, ktorý je spravidla 1 kHz).
• Správne nastavte sondu osciloskopu. Ak použijete signál generovaný samotným osciloskopom, mali by ste vidieť nedeformované obdĺžnikové impulzy (pozri obrázok).
• Preskúmajte dobu elektrickej odozvy u výrobcu vášho solárneho panelu (technický list). V mojom prípade to bolo oveľa nižšie ako obdobie otáčania elektromotora, ktoré som študoval, takže som nebral do úvahy jeho vplyv na merania, ktoré som vykonal.
• Porovnajte výsledky získané touto metódou s výsledkami získanými komerčným nástrojom a zvážte výhody a nevýhody oboch.

Ako vždy budem pozorne sledovať vaše návrhy, pripomienky a otázky. Veľa šťastia a držte krok s mojimi pripravovanými projektmi!

Druhé miesto v súťaži o vedu v triede