SONČNA PLOŠČA KOT Sledilnik senc: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Temeljna velikost, ki se uporablja v fiziki in drugih znanostih za opis mehanskega gibanja, je hitrost. Merjenje je bila ponavljajoča se dejavnost v poskusnih razredih. Običajno uporabljam video kamero in programsko opremo TRACKER za preučevanje gibanja določenih predmetov s svojimi učenci. Ena od težav, ki smo jih imeli, je: predmeti, ki se premikajo z razmeroma velikimi hitrostmi, so v video kadrih zamegljeni, kar vnaša negotovosti pri meritvah s programsko opremo. Najpogostejše metode in instrumenti za preučevanje objektov pri relativno visoki hitrosti temeljijo na učinku DOPPLER in optičnih senzorjih, povezanih s kronografom.

V pričujočem INSTRUCTABLE I se približujem alternativni eksperimentalni metodi za merjenje povprečne hitrosti predmeta z uporabo sončne celice in osciloskopa. Uporablja se pri laboratorijskih tečajih predmeta Fizika (klasična mehanika), zlasti pri temi: Kinematika mehanskega gibanja prevajanja. Predlagana metoda in njena eksperimentalna uporaba se močno uporabljata pri drugih eksperimentalnih nalogah v okviru discipline Fizika za tiste, ki niso diplomirali in diplomirali. Morda se uporablja tudi pri drugih naravoslovnih tečajih, kjer se te vsebine preučujejo.

Če želite skrajšati teoretične temelje in se neposredno obrniti na konstrukcijo eksperimentalnih aparatov, kako izvesti meritve, potrebne materiale in slike moje zasnove, pojdite neposredno na korak 6.

Korak: Nekaj teorije:

"Hitrost" je znana kot razdalja, ki jo objekt prevozi v določenem časovnem intervalu. Hitrost je skalarna količina, to je velikost vektorja hitrosti, ki zahteva tudi smer, v kateri se spreminjajo položaji. V tem NAVODILNEM se bomo pogovarjali o merjenju hitrosti, res pa bomo merili povprečno hitrost.

2. korak: Merjenje hitrosti s sončno ploščo?

Sončne celice so naprave, ki delujejo po principu fotoelektričnega učinka in katerih glavna funkcija je kroženje električnega toka v tokokrogih, v katerih se uporabljajo. Na primer, sončne celice se uporabljajo za upravljanje določenih vrst ur, polnjenje vseh vrst baterij, tudi v sistemih za izmenični tok za javno omrežje in v domovih. Vlog je veliko, njegova cena na trgu je vse bolj privlačna in prispeva k trajnostnemu razvoju, ki je odličen.

Zaradi razvoja te tehnologije, ki smo jo doživeli, jo najdemo v številnih napravah, na primer v tisti, ki vam jo pokažem, je bila pridobljena iz poceni svetilke, ki sem jo shranil in ima zdaj novo uporabo.

Načelo je osnovno. Ko se svetloba projicira na ploščo, to povzroči razliko v električnem potencialu (napetosti) na njenih sponkah. Ko je priključen voltmeter, je to enostavno preveriti. Ta razlika v potencialu je odgovorna za kroženje električnega toka, ko je priključena potrošniška naprava, na primer električni upor. Odvisno od "impedance" vezja in značilnosti plošče bo krožil bolj ali manj tok. V zvezi s tem tokom se bo na priključkih sončne celice po priključitvi porabnika pojavil padec napetosti, če pa impedanca ostane konstantna, se tudi napetost ohranja konstantna, dokler so značilnosti osvetlitve tudi. Voltmetri imajo na splošno visoko impedanco, zato bodo zelo malo vplivali na napetost, ki se meri z njimi. Kaj pa se zgodi, če se osvetlitev spremeni ?, se bo spremenila tudi napetost in to je spremenljivka, ki jo bomo uporabili.

Če povzamemo:

• Ko sveti sončna plošča, na sponkah pokaže napetost, ki jo je mogoče izmeriti z voltmetrom.

• Napetost se ne spremeni, če sta impedanca tokokroga in značilnosti osvetlitve konstantna (mora biti v občutljivem spektru plošče, da pride do fotoelektričnega učinka).

• Vsaka sprememba osvetlitve bo povzročila spremembo napetosti, spremenljivko, ki bo kasneje uporabljena za določanje hitrosti predmetov v poskusih.

Na podlagi prejšnjih predpisov bi lahko oblikovali naslednjo idejo:

Predvidena senca predmeta, ki se premika po sončni plošči, bo povzročila zmanjšanje napetosti njegove sponke. Čas, ki je potreben za zmanjšanje, se lahko uporabi za izračun povprečne hitrosti, s katero se predmet premika.

3. korak: Začetni poskus

V prejšnjem videu so eksperimentalno prikazana načela, na katerih temelji prejšnja ideja.

Na sliki je prikazan čas, ko je trajalo spreminjanje napetosti, ki ga je narisal osciloskop. S pravilno konfiguracijo sprožilne funkcije lahko dobite graf, na katerega lahko merimo pretečeni čas med variacijo. V predstavitvi je bila razlika približno 29,60 ms.

Pravzaprav osnutek table v poskusu ni točkovni predmet, ima dimenzije. Levi konec radirke začne projicirati svojo senco na sončno ploščo in posledično začne zniževati napetost na minimalno vrednost. Ko se radirka odmakne in se plošča začne znova odkrivati, se pojavi povečanje napetosti. Skupni izmerjeni čas ustreza času, ko je projekcija sence prepotovala celotno ploščo. Če izmerimo dolžino predmeta (ki bi morala biti enaka projekciji njegove sence, če upoštevamo določene skrbi), jo seštejemo z dolžino aktivne cone plošče in jo razdelimo med časom, v katerem je trajala sprememba napetosti, potem bomo dobili povprečje hitrosti tega predmeta. Ko je dolžina predmeta za merjenje njegove hitrosti količinsko višja od aktivne cone plošče, lahko ploščo obravnavamo kot točkovni objekt, ne da bi pri meritvah vnesli opazno napako (to pomeni, da se dolžini predmeta ne doda dolžina).

Naredimo nekaj izračunov (glej sliko)

4. korak: Za uporabo te metode je treba upoštevati nekatere previdnostne ukrepe

• Sončni kolektor mora biti osvetljen z virom svetlobe, ki je naveden v poskusni zasnovi, pri čemer se čim bolj izogibajte drugim svetlobnim virom, ki nanj vplivajo.

• Svetlobni žarki morajo udariti pravokotno na površino sončne celice.

• Objekt mora projicirati dobro definirano senco.

• Površina plošče in ravnina, ki vsebuje smer gibanja, morata biti vzporedni.

5. korak: Tipična vaja

Določite hitrost padajoče žoge z višine 1 m, upoštevajte notranjo hitrost cero.

Če žoga pade v prostem padcu, je zelo preprosto: glej sliko

V realnih razmerah je lahko prejšnja vrednost nižja zaradi trenja z zrakom. Določimo ga poskusno.

6. korak: Oblikovanje, izdelava in izvedba poskusa:

• Prilepite plastično cev na aktivno območje sončne celice. • Spajate nove kable na sponke solarne plošče, da se izognete lažnim stikom.

• Ustvarite nosilec za montažo cevi solarne plošče tako, da ga lahko držite vodoravno.

• Svetilko ali drug vir svetlobe postavite na drugo oporo, tako da projekcija oddane svetlobe pravokotno zadene sončno ploščo.

• Z multimetrom preverite, ali se pri sončni plošči pojavi svetloba, pri kateri se zabeleži konstantna vrednost napetosti, večja od nič.

• Sklop cevi solarne plošče postavite na sprednji del luči in pustite večjo razdaljo od predmeta, katerega hitrost želite izmeriti. Poskusite, da je vir svetlobe (svetilka) čim dlje od sončne celice. Če luč luči ustvari ena sama LED, je bolje.

• Izmerite od središča sončne celice in navzgor razdaljo enega metra ter jo označite v palici, steni ali podobnem.

• Sondo osciloskopa priključite na sponke sončne celice in upoštevajte polariteto.

• Na osciloskopu pravilno nastavite možnost TRIGGER, tako da se lahko med prehodom sence na plošči zabeležijo vse spremembe napetosti. V mojem primeru so bile časovne delitve 5 ms, delitve napetosti na lestvici pa 500 mv. Linijo ničelnih napetosti je bilo treba prilagoditi navzdol, da se vse variacije prilegajo. Sprožilni prag je bil postavljen tik pod začetno konstantno napetostjo.

• Izmerite dolžino predmeta in dolžino aktivnega območja plošče, jih dodajte in zapišite za izračun hitrosti.

• Spustite telo z višine 1 m, tako da njegova senca prekine snop svetlobe, ki ga oddaja luč.

• Izmerite čas nihanja napetosti s kurzorji osciloskopa na časovni lestvici.

• Vsoto prej narejenih dolžin razdelite na čas, izmerjen v osciloskopu.

• Primerjajte vrednost s teoretičnimi izračuni in pridete do zaključkov (upoštevajte možne dejavnike, ki povzročajo napake pri merjenju).

Dobljeni rezultati: glej sliko

7. korak: Nekaj opomb o poskusu:

• Zdi se, da so dobljeni rezultati pravilni v skladu s teorijo.

• Predmet, izbran za ta poskus, ni idealen, nameravam ga ponoviti z drugimi, ki lahko projicirajo bolje definirano senco in so simetrični, da se izognejo možnim rotacijam med padcem.

• Idealno bi bilo, če bi panelno cev in luč postavili na ločene mize, pri čemer bi pustili prosti prostor navzdol.

• Poskus je treba večkrat ponoviti, pri tem pa poskušati nadzorovati možne vzroke napak pri meritvah in uporabiti statistične metode za pridobitev zanesljivejših rezultatov.

Predlogi materialov in instrumentov za ta projekt: Čeprav menim, da bi lahko deloval kateri koli digitalni osciloskop, vir svetlobe in sončna plošča, tukaj uporabljam tiste, ki jih uporabljam.

POZOR OSKILOSKOP

SONČNA CELICA

BAKALA

Vse materiale in orodja, uporabljena pri mojih projektih, je mogoče kupiti prek Ebaya. Če kliknete naslednjo povezavo in opravite nakup, boste prispevali k majhni proviziji.

EBAY.com

Počakal bom na vaše komentarje, vprašanja in predloge.

Hvala in nadaljujte z mojimi naslednjimi projekti.