SOLPANEL SOM SKUGGSPÅRARE: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

En grundläggande storlek som används inom fysik och andra vetenskaper för att beskriva mekanisk rörelse är hastighet. Att mäta det har varit en återkommande aktivitet i experimentklasser. Jag brukar använda en videokamera och TRACKER -programvara för att studera rörelse av vissa objekt med mina elever. En svårighet vi har upplevt är: objekt som rör sig med relativt höga hastigheter verkar suddiga i videoramar, vilket medför osäkerhet i de mätningar som görs med programvaran. De vanligaste metoderna och instrumenten för att studera objekt med relativt hög hastighet är baserade på DOPPLER -effekt och optiska sensorer i kombination med kronograf.

I den nuvarande INSTRUKTABELEN närmar jag mig en alternativ experimentell metod för att mäta medelhastigheten för ett objekt med hjälp av en solpanel och ett oscilloskop. Det är tillämpligt på lektionerna i ämnet fysik (klassisk mekanik), särskilt i ämnet: Kinematik för den mekaniska rörelsen för översättning. Den föreslagna metoden och dess experimentella tillämpning är kraftfullt tillämplig på andra experimentella uppgifter inom fysikdisciplinen för icke-akademiker och akademiker. Det kanske också används i andra vetenskapskurser där detta innehåll studeras.

Om du vill förkorta de teoretiska grunderna och gå direkt till den experimentella apparatkonstruktionen, hur du utför mätningarna, det material som behövs och bilderna på min design, gå direkt till steg 6.

Steg 1: Några teorier:

"Hastigheten" är känd som den sträcka som ett objekt har rest under ett visst tidsintervall. Hastighet är skalär kvantitet, det vill säga storleken på hastighetsvektorn som också kräver riktningen i vilken positionsändringar sker. Vi kommer att prata i denna INSTRUKTABELA för att mäta hastighet, men vi kommer verkligen att mäta medelhastigheten.

Steg 2: Mät hastighet med en solpanel?

Solpaneler är enheter som fungerar enligt principen om den fotoelektriska effekten och vars huvudsakliga funktion är att cirkulera en elektrisk ström i kretsarna där de används. Till exempel används solpaneler för att driva vissa typer av klockor, ladda alla typer av batterier, även i växelströmssystem för det offentliga nätverket och i hem. Ansökningarna är många, priset på marknaden blir alltmer attraktivt och bidrar till en hållbar utveckling vilket är fantastiskt.

På grund av utvecklingen av denna teknik har vi funnit det på många enheter, till exempel den som jag visar dig extraherades från en billig ficklampa som jag sparade och nu har en ny användning.

Principen är grundläggande. När ett ljus projiceras över en panel, orsakar det en skillnad i elektrisk potential (spänning) vid dess terminaler. När en voltmeter är ansluten är detta enkelt verifierbart. Denna skillnad i potential är ansvarig för cirkulationen av en elektrisk ström när en konsumentenhet är ansluten, till exempel ett elektriskt motstånd. Beroende på kretsens "impedans" och panelens egenskaper kommer den att cirkulera mer eller mindre ström. I förhållande till denna ström kommer ett spänningsfall att upplevas vid solpanelens terminaler när konsumenten har anslutits, men om impedansen förblir konstant, hålls spänningen också konstant så länge som belysningens egenskaper också är. Voltmätare har i allmänhet en hög impedans så de påverkar väldigt lite spänningen som mäts med dem. Men vad händer om belysningen ändras ?, så kommer spänningen och detta är variabeln som vi kommer att använda.

Sammanfattning:

• En solpanel när den lyser visar en spänning på dess terminaler som kan mätas med en voltmeter.

• Spänningen ändras inte om kretsens impedans och belysningens egenskaper hålls konstant (måste vara i panelens känsliga spektrum för att den fotoelektriska effekten ska inträffa).

• Varje förändring av belysningen leder till en variation i spänningen, en variabel som kommer att användas senare för att erhålla föremålens hastighet i experimenten.

Baserat på de tidigare föreskrifterna kan följande idé formuleras:

Den projicerade skuggan av ett föremål som rör sig på en solpanel kommer att orsaka en minskning av dess spänning. Den tid det tar för minskningen kan användas för att beräkna medelhastigheten som objektet rör sig med.

Steg 3: Inledande experiment

I föregående video visas principerna som den tidigare idén bygger på experimentellt.

Bilden visar den tid som spänningsvariationen varade som ritades av ett oscilloskop. Genom att korrekt konfigurera utlösningsfunktionen kan du få diagrammet till vilket vi kan mäta förfluten tid under variationen. I demonstrationen var variationen cirka 29,60 ms.

Faktum är att tavlan i experimentet inte är ett punktobjekt, det har dimensioner. Raderingens vänstra ände börjar projicera sin skugga på solpanelen och börjar följaktligen minska spänningen till ett minimivärde. När suddgummiet rör sig bort och panelen börjar upptäckas igen, ses en ökad spänning. Den totala mättiden motsvarar den tid det tog för projiceringen av skuggan att färdas genom hela panelen. Om vi mäter objektets längd (som ska vara lika med projektion av dess skugga om vi tar vissa bekymmer) lägger vi till det med längden på panelens aktiva zon och delar det mellan den tid som spänningsvariationen varade, då kommer vi att få hastighetsgenomsnittet för det objektet. När objektets längd för att mäta dess hastighet är kvantitativt högre än panelens aktiva zon, kan panelen betraktas som ett punktobjekt utan att införa ett anmärkningsvärt fel i mätningarna (det betyder att inte lägga till dess längd till objektlängden).

Låt oss göra några beräkningar (se bild)

Steg 4: För att tillämpa denna metod måste vissa försiktighetsåtgärder beaktas

• Solpanelen måste belysas av ljuskällan i den experimentella konstruktionen, så långt som möjligt undvika andra ljuskällor som påverkar den.

• Ljusstrålarna måste träffa vinkelrätt mot solpanelens yta.

• Objektet måste projicera en väldefinierad skugga.

• Panelens yta och planet som innehåller rörelseriktningen måste vara parallella.

Steg 5: En typisk övning

Bestäm hastigheten på en fallande boll från 1 m höjd, överväg inicial speed cero.

Om bollen faller i fritt fall är det väldigt enkelt: se bild

Under verkliga förhållanden kan det tidigare värdet vara lägre på grund av friktionens påverkan med luften. Låt oss bestämma det experimentellt.

Steg 6: Design, konstruktion och genomförande av experimentet:

• Fäst ett plaströr på solpanelens aktiva område. • Löd nya ledningar till solpanelens terminaler så att falska kontakter undviks.

• Skapa ett stöd för solpanelröret så att det kan hållas horisontellt.

• Placera en ficklampa eller annan ljuskälla på ett annat stöd så att projektionen av det utsända ljuset träffar solpanelen vinkelrätt.

• Kontrollera med en multimeter att när ett ljus träffar på solpanelen, registreras ett konstant spänningsvärde större än noll.

• Placera solpanelröret på lyktans framsida och lämna större avstånd än föremålet vars hastighet du vill mäta. Försök att så långt som möjligt hålla ljuskällan (ficklampan) från solpanelen. Om lyktan från lyktan skapas av en enda led, desto bättre.

• Mät från mitten av solpanelen och uppåt ett avstånd på en meter och markera det i en stav, vägg eller liknande.

• Anslut oscilloskopets sond till solpanelens terminaler, respektera polariteten.

• Ställ in TRIGGER -alternativet korrekt på oscilloskopet, så att alla spänningsvariationer kan registreras under skuggans passage på panelen. I mitt fall var tidsindelningarna i 5 ms och spänningsindelningarna i skalan var 500mv. Nollspänningslinjen måste justeras nedåt så att alla variationer skulle passa. Utlösartröskeln placerades strax under den initiala konstanta spänningen.

• Mät längden på objektet och längden på panelens aktiva zon, lägg till dem och skriv ner det för beräkning av hastighet.

• Släpp kroppen från en meters höjd så att dess skugga avbryter ljusstrålen som lyktas av lyktan.

• Mät spänningsvariationens tid med oscilloskopmarkörerna på tidsskalan.

• Dela summan av de längder som tidigare gjorts mellan tiden som mäts i oscilloskopet.

• Jämför värdet med de teoretiska beräkningarna och dra slutsatser (ta hänsyn till möjliga faktorer som leder till fel i mätningen).

Erhållna resultat: se bild

Steg 7: Några anteckningar från experimentet:

• De uppnådda resultaten verkar stämma i överensstämmelse med teorin.

• Objektet som valts för detta experiment är inte idealiskt, jag planerar att upprepa det med andra som kan projicera en bättre definierad skugga och som är symmetriska för att undvika eventuella rotationer under hösten.

• Det hade varit perfekt att placera panelröret och lyktan på separata bord och lämna ett ledigt utrymme nere.

• Experimentet bör upprepas flera gånger, försök att kontrollera möjliga orsaker till fel i mätningarna och statistiska metoder bör användas för att få mer tillförlitliga resultat.

Förslag på material och instrument för detta projekt: Även om jag tror att alla digitala oscilloskop, ljuskällor och solpaneler kan fungera, här är de som jag använder.

ATTEN OSCILLOSCOPE

SOLPANEL

FACKLA

Allt material och verktyg som används i mina projekt kan köpas via Ebay. Om du klickar på följande länk och gör ett köp kommer du att bidra till att få en liten provision.

EBAY.com

Jag väntar på dina kommentarer, frågor och förslag.

Tack och fortsätt med mina nästa projekt.