Saules paneļa tahometrs: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Instrukcijā "Saules panelis kā ēnu izsekotājs" tika prezentēta eksperimentāla metode, lai noteiktu objekta ātrumu no tā ēnas projekcijas uz saules paneļa. Vai ir iespējams piemērot kādu šīs metodes variantu rotējošu objektu izpētei? Jā, tas ir iespējams. Tālāk tiks prezentēts vienkāršs eksperimentāls aparāts, kas ļaus izmērīt objekta rotācijas periodu un biežumu. Šo eksperimentālo aparātu var izmantot mācību priekšmeta "Fizika: klasiskā mehānika" izpētes laikā, jo īpaši tēmas "Cieto priekšmetu rotācija" izpētes laikā. Tas ir potenciāli noderīgs bakalaura un maģistrantūras studentiem eksperimentālu demonstrējumu vai laboratorijas nodarbību laikā.

1. solis: dažas teorētiskas piezīmes

Kad ciets objekts griežas ap asi, tā daļas apraksta apkārtmēru, kas ir koncentrisks šai asij. Laiku, kas nepieciešams, lai viena no šīm pusēm pabeigtu apkārtmēru, sauc par rotācijas periodu. Periods un biežums ir savstarpēji. Starptautiskajā vienību sistēmā periods tiek norādīts sekundēs (sekundēs) un frekvence hercos (Hz). Daži instrumenti rotācijas biežuma mērīšanai norāda vērtības apgriezienos minūtē (apgr./min). Lai pārvērstu no Hz uz apgriezieniem minūtē, vienkārši reiziniet vērtību ar 60, un jūs saņemsiet apgriezienus minūtē.

2. solis: materiāli un instrumenti

• Mazs saules panelis (100mm * 28mm)

• LED lukturītis

• Atstarojoša līmlente

• Melna elektriskā lente

• Elektriskais kabelis

• Kabeļu saites

• Karsts silikona lielgabals

• lodāmurs un alva

• Trīs koka gabali (45mm * 20mm * 10mm)

• Digitālais osciloskops ar zondi

• Rotējošs objekts, kuram vēlaties izmērīt tā rotācijas biežumu

3. darbība: darbības princips

Kad gaisma ietriecas objektā, viena daļa tiek absorbēta, bet otra - atstarota. Atkarībā no virsmas īpašībām un objekta krāsas šī atstarotā gaisma var būt vairāk vai mazāk intensīva. Ja kādas virsmas daļas īpašības tiek patvaļīgi mainītas, teiksim, krāsojot vai pielīmējot pie sudraba vai melnas līmlentes, mēs varētu apzināti izraisīt šajā apgabalā atstarotās gaismas intensitātes izmaiņas. Šeit mēs neveicam "ĒNU IZSEKOŠANU", bet mainām atstarotā apgaismojuma īpašības. Ja objektu rotējot apgaismo gaismas avots un saules panelis ir pareizi novietots tā, ka daļa atstarotās gaismas nokrīt uz tā, tā spailēs jāparādās spriegumam. Šim spriegumam ir tieša saistība ar saņemto gaismas intensitāti. Ja mainām virsmu, mainās atstarotās gaismas intensitāte un līdz ar to arī paneļa spriegums. Šo paneli var savienot ar osciloskopu un noteikt sprieguma izmaiņas laika gaitā. Ja mēs varam noteikt saskaņotas un atkārtotas izmaiņas līknē, mērot laiku, kas nepieciešams atkārtošanai, mēs noteiktu rotācijas periodu un līdz ar to arī rotācijas biežumu netieši, ja mēs to aprēķinātu. Daži osciloskopi spēj automātiski aprēķināt šīs vērtības, taču no mācīšanas viedokļa studentiem ir produktīvi to aprēķināt. Lai vienkāršotu šo eksperimentālo darbību, mēs sākotnēji varētu izmantot objektus, kas rotē ar nemainīgu apgriezienu skaitu minūtē un vēlams simetrisku attiecībā pret tās rotācijas asi.

Apkopojot:

1. Objekts, kas nepārtraukti rotē, atspoguļo gaismu, kas uz to krīt.

2. Rotējošā objekta atstarotās gaismas intensitāte ir atkarīga no krāsas un tā virsmas īpašībām.

3. Spriegums, kas parādās uz saules paneļa, ir atkarīgs no atstarotās gaismas intensitātes.

4. Ja apzināti tiek mainītas kādas virsmas daļas īpašības, mainīsies arī tajā daļā atstarotās gaismas gaismas intensitāte un līdz ar to arī saules paneļa spriegums.

5. Objekta periodu rotācijas laikā var noteikt, ar osciloskopa palīdzību izmērot laiku, kas pagājis starp diviem punktiem ar identiskām sprieguma un uzvedības vērtībām.

4. solis: Eksperimenta projektēšana, konstruēšana un izpilde

1. Lodējiet pie saules paneļa divus elektriskos vadītājus. 2. Pārklājiet paneļa elektriskos kontaktus ar karstu silikonu, lai izvairītos no īssavienojumiem.

3. Izveidojiet koka balstu, savienojot ar karstu silikonu vai citu līmi trīs koka gabalus, kā redzams attēlā.

4. Piestipriniet saules paneli pie koka balsta ar karstu silikonu, kā parādīts attēlā.

5. Piestipriniet laternu pie koka balsta, kā parādīts attēlā, un nostipriniet to ar plastmasas saitēm.

6. Piestipriniet paneļa elektriskos vadītājus ar citu atloku pie koka balsta.

7. Ielīmējiet uz objekta, kuru vēlaties izpētīt, melnās lentes joslu un pēc tam sudraba joslu, kā redzams attēlā.

8. Sāciet pētāmā objekta rotāciju.

9. Pareizi pievienojiet osciloskopa zondi saules paneļa vadītājiem.

10. Pareizi uzstādiet osciloskopu. Manā gadījumā sprieguma dalījumi bija 500mv un laika dalījumi 25ms (tas būs atkarīgs no objekta rotācijas ātruma).

11. Novietojiet eksperimentālo aparātu, ko tikko samontējāt, tādā vietā, kur gaismas stari tiek atstaroti uz virsmas, kas rotē un trāpa saules panelī (palīdziet sev no osciloskopa redzamā, lai iegūtu līkni ar izteiktākām izmaiņām).

12. Turiet eksperimentālo aparātu nekustīgā stāvoklī dažas sekundes, lai redzētu, vai līknes rezultāti paliek nemainīgi.

13. Apturiet osciloskopu un analizējiet līkni, lai noteiktu, kuras pozīcijas atbilst melnajai, bet kuras - sudraba lentei. Manā gadījumā, tā kā pētītais elektromotors bija zelta krāsā, lentes radītās izmaiņas kļuva pamanāmākas.

14. Izmantojot osciloskopa kursorus, ar fāžu vienādību izmēriet laiku, kas pagājis starp punktiem, vispirms lentei un pēc tam sudraba lentei un salīdziniet tās (tām jābūt vienādām).

15. Ja osciloskops automātiski neaprēķina perioda (frekvences) apgriezto vērtību, dariet to. Jūs varat reizināt iepriekšējo vērtību ar 60 un iegūt apgriezienus minūtē.

16. Ja jums ir vērtība kv vai apgriezieni uz voltu (gadījumā, ja tas ir motors, kas piedāvā šīs īpašības), reiziniet vērtību kv ar ieejas spriegumu, salīdziniet rezultātu ar eksperimenta laikā iegūto un iegūstiet secinājumus.

5. solis: dažas pēdējās piezīmes un ieteikumi

• Lai iegūtu ticamus rezultātus, ir ērti sākotnēji pārbaudīt osciloskopa kalibrēšanas statusu (izmantojiet osciloskopa piedāvāto kalibrēšanas signālu, kas parasti ir 1 kHz).
• Pareizi noregulējiet osciloskopa zondi. Ja izmantojat paša osciloskopa ģenerēto signālu, jums vajadzētu redzēt, ka taisnstūrveida impulsi nav deformēti (sk. Attēlu).
• Izpētiet elektriskās reakcijas laiku ar saules paneļa ražotāju (datu lapa). Manā gadījumā tas bija daudz zemāks par pētītā elektromotora griešanās periodu, tāpēc neņemu vērā tā ietekmi uz veiktajiem mērījumiem.
• Salīdziniet ar šo metodi iegūtos rezultātus ar komerciālā instrumenta iegūtajiem un apsveriet abu priekšrocības un trūkumus.

Kā vienmēr, es būšu uzmanīgs pret jūsu ieteikumiem, komentāriem un jautājumiem. Veiksmi un sekojiet maniem gaidāmajiem projektiem!

Otrā vieta zinātnes konkursā klasē