NAPPANEL TACHOMÉTER: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Az INSTRUKBÁLHATÓ "Napelem mint árnyékkövető" című kísérleti módszert mutattak be egy objektum sebességének meghatározására annak árnyékának napelemre vetítéséből. Lehetséges -e ennek a módszernek valamely változata a forgó tárgyak vizsgálatára? Igen, lehetséges. Ezután egy egyszerű kísérleti berendezést mutatunk be, amely lehetővé teszi az objektum forgásának időtartamának és gyakoriságának mérését. Ez a kísérleti berendezés használható a "Fizika: Klasszikus mechanika" tárgy tanulmányozása során, különösen a "Merev tárgyak forgása" témakör tanulmányozása során. Potenciálisan hasznos lehet egyetemi és posztgraduális hallgatóknál, kísérleti bemutatók vagy laboratóriumi órák során.

Lépés: Néhány elméleti megjegyzés

Amikor egy szilárd tárgy elfordul egy tengely körül, annak részei az adott tengelyre koncentrikus kerületeket írják le. Ezt az időt, amíg az egyik fél teljesíti a kerületet, forgási periódusnak nevezzük. Az időszak és a gyakoriság kölcsönös nagyságrendek. A nemzetközi mértékegység -rendszerben az időszak másodpercben (másodpercben) és a frekvencia Hertzben (Hz) van megadva. Egyes műszerek a forgás gyakoriságának mérésére fordulatszámot adnak meg percenként (rpm). Ha Hz -ről fordulatszámra kívánja konvertálni, egyszerűen szorozza meg az értéket 60 -mal, és megkapja a fordulatszámot.

2. lépés: Anyagok és eszközök

• Kis napelem (100mm * 28mm)

• LED zseblámpa

• Fényvisszaverő ragasztószalag

• Fekete elektromos szalag

• Elektromos kábel

• Kábelkötegelők

• Forró szilikon pisztoly

• Forrasztópáka és ón

• Három fadarab (45mm * 20mm * 10mm)

• Digitális oszcilloszkóp szondájával

• Forgó tárgy, amelyhez mérni szeretné a forgási gyakoriságát

3. lépés: Működési elv

Amikor a fény ütközik egy tárgyba, az egyik része elnyelődik, a másik visszaverődik. A felület jellemzőitől és a tárgy színétől függően a visszavert fény többé -kevésbé intenzív lehet. Ha a felület egy részének tulajdonságait önkényesen megváltoztatjuk, mondjuk festéssel, vagy ezüst vagy fekete ragasztószalagra ragasztva, szándékosan megváltoztathatjuk az adott területen visszaverődő fény intenzitását. Itt nem "árnyékkövetést" végeznénk, hanem megváltoztatnánk a visszavert világítás jellemzőit. Ha egy tárgyat forgás közben megvilágít egy fényforrás, és a napelem megfelelően van elhelyezve úgy, hogy a visszavert fény egy része ráesik, akkor feszültségnek kell megjelennie a csatlakozóin. Ez a feszültség közvetlen kapcsolatban áll a kapott fényintenzitással. Ha megváltoztatjuk a felületet, megváltozik a visszavert fény intenzitása és ezzel együtt a panel feszültsége. Ez a panel csatlakoztatható egy oszcilloszkóphoz, és azonosíthatja a feszültség időbeli változásait. Ha azonosítani tudjuk a görbe koherens és ismétlődő változását, mérve az ismétléshez szükséges időt, akkor meghatároznánk a forgási időszakot és vele együtt a forgás gyakoriságát, ha kiszámítjuk. Néhány oszcilloszkóp képes automatikusan kiszámítani ezeket az értékeket, de a tanítás szempontjából produktív, ha a diákok kiszámítják. Ennek a kísérleti tevékenységnek az egyszerűsítésére kezdetben olyan objektumokat használhatnánk, amelyek állandó fordulaton forognak, és lehetőleg szimmetrikusak a forgástengelyükhöz képest.

Összefoglalva:

1. A folyamatosan forgó tárgy visszaveri a rá eső fényt.

2. A forgó tárgy által visszavert fény intenzitása a színétől és felületének jellemzőitől függ.

3. A napelemen megjelenő feszültség a visszavert fény intenzitásától függ.

4. Ha a felület egy részének jellemzőit szándékosan megváltoztatják, akkor az ezen a részen visszaverődő fény fényerőssége és ezzel együtt a napelem feszültsége is megváltozik.

5. A tárgy forgás közbeni periódusa úgy határozható meg, hogy oszcilloszkóp segítségével megmérjük a két pont között eltelt időt, azonos feszültség- és viselkedésértékekkel.

4. lépés: A kísérlet tervezése, kivitelezése és végrehajtása

1. Forrasztjon két elektromos vezetőt a napelemre. 2. A rövidzárlat elkerülése érdekében fedje le a panel elektromos érintkezőit forró szilikonnal.

3. A három fadarabot a képen látható módon forró szilikon vagy más ragasztó segítségével össze kell építeni.

4. Ragassza a napelemet a fából készült tartóhoz forró szilikonnal, amint az a képen látható.

5. Ragassza fel a lámpást a fa támaszra az ábrán látható módon, és rögzítse műanyag kötésekkel.

6. Rögzítse a panel elektromos vezetékeit egy másik karimával a fa tartóelemhez.

7. Illessze be a tárgyat, amelyet fekete szalaggal, majd ezüstpánttal szeretne tanulmányozni, amint az a képen látható.

8. Indítsa el a tanulmányozni kívánt objektum forgatását.

9. Csatlakoztassa megfelelően az oszcilloszkóp szondát a napelemek vezetékeihez.

10. Állítsa be helyesen az oszcilloszkópot. Esetemben a feszültségosztások 500mv, az időosztások 25ms voltak (ez az objektum forgási sebességétől függ).

11. Helyezze a most összeállított kísérleti készüléket olyan helyzetbe, ahol a fénysugarak visszaverődnek a felszínen, amely elfordul és eléri a napelemet (segítsen önmagának az oszcilloszkópban látottaktól, hogy erőteljesebb változásokat tartalmazó görbét kapjon).

12. Tartsa a kísérleti berendezést rögzítve a megfelelő helyzetben néhány másodpercig, hogy lássa, a görbe eredményei állandóak -e.

13. Állítsa le az oszcilloszkópot, és elemezze a görbét, hogy megállapítsa, melyik pozíció felel meg a fekete szalagnak, és melyik az ezüst szalagnak. Esetemben, mivel az általam tanulmányozott villanymotor aranyszínű volt, a szalag okozta változások észrevehetőbbek lettek.

14. Az oszcilloszkóp kurzorokkal mérje meg a pontok között eltelt időt fázisegyenlőséggel, először a szalag, majd az ezüst szalag esetében, és hasonlítsa össze őket (azonosaknak kell lenniük).

15. Ha az oszcilloszkóp nem számítja ki automatikusan a periódus (gyakoriság) inverzét, akkor ezt tegye meg. Megszorozhatja az előző értéket 60 -zal, és így megkaphatja a fordulatszámot.

16. Ha megvan a kv értéke vagy fordulatszám per volt (ha motorról van szó, amely ezeket a jellemzőket tartalmazza), akkor szorozza meg a kv értéket a bemeneti feszültséggel, hasonlítsa össze az eredményt a kísérlet során kapott eredménnyel, és következtetéseket.

5. lépés: Néhány záró megjegyzés és ajánlás

• Kényelmes kezdetben ellenőrizni az oszcilloszkóp kalibrálási állapotát, hogy megbízható eredményeket kapjon (használja az oszcilloszkóp által kínált kalibrációs jelet, amely általában 1 kHz).
• Állítsa be helyesen az oszcilloszkóp szondáját. Látnia kell, hogy a téglalap alakú impulzusok nem deformálódnak, ha az oszcilloszkóp által generált jelet használja (lásd a képet).
• Vizsgálja meg az elektromos válaszidőt a napelem gyártójával (adatlap). Esetemben sokkal alacsonyabb volt, mint az általam vizsgált villanymotor forgási ideje, ezért nem vettem figyelembe annak hatását az elvégzett mérésekre.
• Hasonlítsa össze az ezzel a módszerrel kapott eredményeket a kereskedelmi eszközökkel kapott eredményekkel, és fontolja meg mindkettő előnyeit és hátrányait.

Mint mindig, továbbra is figyelmes leszek javaslataira, észrevételeire és kérdéseire. Sok sikert és lépést a közelgő projektekkel!

Második hely az osztálytermi tudományos versenyen