NAPPANEL, mint árnyékkövető: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

A fizikában és más tudományokban a mechanikai mozgás leírására használt alapvető nagyságrend a sebesség. Ennek mérése visszatérő tevékenység volt a kísérleti osztályokban. Általában videokamerát és TRACKER szoftvert használok bizonyos tárgyak mozgásának tanulmányozására a tanítványaimmal. Az egyik nehézség, amit tapasztaltunk: a viszonylag nagy sebességgel mozgó objektumok homályosnak tűnnek a videókeretben, ami bizonytalanságot okoz a szoftverrel végzett mérésekben. Az objektumok viszonylag nagy sebességű vizsgálatának leggyakoribb módszerei és műszerei a DOPPLER -effektuson és az optikai érzékelőkön alapulnak, kronográffal kombinálva.

A jelen UTASÍTÁSBAN megközelítek egy alternatív kísérleti módszert egy objektum átlagos sebességének mérésére napelem és oszcilloszkóp használatával. Alkalmazható a Fizika (klasszikus mechanika) tantárgy laboróráin, különösen a következő témában: A fordítás mechanikai mozgásának kinematikája. A javasolt módszer és kísérleti alkalmazása erőteljesen alkalmazható a fizika tudományágon belüli egyéb kísérleti feladatokra a nem diplomások és a diplomások számára. Talán más természettudományos kurzusokon is használják, ahol ezeket a tartalmakat tanulmányozzák.

Ha le akarja rövidíteni az elméleti alapokat, és közvetlenül a kísérleti készülékek felépítésével szeretne foglalkozni, hogyan kell elvégezni a méréseket, a szükséges anyagokat és az én tervezésem képeit, kérjük, folytassa közvetlenül a 6. lépéssel.

Lépés: Néhány elmélet:

A "sebességet" egy objektum által megtett távolságnak nevezzük egy bizonyos időintervallumban. A sebesség a skaláris mennyiség, vagyis a sebességvektor nagysága, amelyhez szükség van a helyzetváltozás irányának is. Ebben az utasításban fogunk beszélni a sebesség méréséről, de valóban az átlagos sebességet fogjuk mérni.

2. lépés: A sebesség mérése napelemmel?

A napelemek olyan eszközök, amelyek a fotoelektromos hatás elve alapján működnek, és amelyek fő funkciója az elektromos áram keringtetése azokban az áramkörökben, amelyekben ezeket használják. A napelemeket például bizonyos típusú órák működtetésére, mindenféle akkumulátor töltésére használják, a nyilvános hálózat váltakozó áramú generáló rendszereiben és az otthonokban is. Az alkalmazások sokfélék, ára a piacon egyre vonzóbb, és nagyban hozzájárul a fenntartható fejlődéshez.

Ennek a technikának a fejlődése miatt tapasztaltuk, hogy sok eszközben megtaláljuk, például az egyik, amit mutatok, egy olcsó zseblámpából származik, amelyet elmentettem, és most új felhasználási területtel rendelkezik.

Az elv alap. Ha egy panelre fényt vetítenek, az elektromos potenciál (feszültség) eltérését okozza a csatlakozóin. Ha voltmérőt csatlakoztatnak, ez könnyen ellenőrizhető. Ez a potenciálkülönbség felelős az elektromos áram keringéséért, ha fogyasztói készülék van csatlakoztatva, például elektromos ellenállás. Az áramkör "impedanciájától" és a panel jellemzőitől függően többé -kevésbé áramot fog keringetni. Ezzel az árammal kapcsolatban feszültségcsökkenés tapasztalható a napelem kivezetésein, miután a fogyasztót csatlakoztatta, de ha az impedancia állandó marad, akkor a feszültség is állandó marad, amíg a megvilágítás jellemzői is. A voltmérők általában nagy impedanciájúak, így nagyon kevés hatással lesznek a velük mért feszültségre. De mi történik, ha a megvilágítás megváltozik ?, tehát a feszültség és ez a változó, amelyet használni fogunk.

Összefoglalva:

• A napelem világításkor feszültséget mutat a csatlakozóin, amely voltmérővel mérhető.

• A feszültség nem változik, ha az áramkör impedanciáját és a megvilágítás jellemzőit állandó értéken tartják (a panel érzékeny spektrumában kell lennie, hogy a fotoelektromos hatás bekövetkezzen).

• A megvilágításban bekövetkező bármilyen változás a feszültség változásához vezet, egy olyan változóhoz, amelyet később használnak a kísérletekben szereplő tárgyak sebességének meghatározására.

A korábbi előírások alapján a következő gondolat fogalmazható meg:

A napelemen mozgó tárgy árnyéka a terminál feszültségének csökkenését okozza. A csökkentéshez szükséges idő kiszámítható az átlagos mozgási sebességgel.

3. lépés: Kezdeti kísérlet

Az előző videóban kísérletileg bemutatjuk azokat az elveket, amelyeken az előző ötlet alapul.

A képen az oszcilloszkóppal ábrázolt feszültségváltozás időtartama látható. A trigger funkció helyes konfigurálásával megkaphatja azt a grafikont, amelyhez mérhetjük a variáció során eltelt időt. A bemutatóban a variáció megközelítőleg 29,60 ms volt.

Valójában a kísérletben lévő táblás huzat nem pontobjektum, hanem méretei vannak. A radír bal vége elkezdi árnyékát vetíteni a napelemre, és ennek következtében a feszültséget a minimális értékre csökkenti. Amikor a radír eltávolodik, és a panelt újra felfedezni kezdik, a feszültség növekedése látható. A teljes mért idő megegyezik azzal az idővel, ameddig az árnyék vetülete a teljes panelt bejárta. Ha megmérjük az objektum hosszát (amelynek meg kell egyeznie az árnyékának vetületével, ha bizonyos gondokat viselünk), akkor hozzáadjuk a panel aktív zónájának hosszával, és elosztjuk a feszültségváltozás időtartama között, akkor megkapjuk az adott objektum sebességátlagát. Ha a sebesség mérésére szolgáló objektum hossza mennyiségileg magasabb, mint a panel aktív zónája, a panelt pontobjektumnak lehet tekinteni anélkül, hogy jelentős mérési hibát vonnánk be (ez azt jelenti, hogy nem adjuk hozzá a hosszát az objektum hosszához).

Végezzünk néhány számítást (lásd a képet)

4. lépés: A módszer alkalmazásához bizonyos óvintézkedéseket figyelembe kell venni

• A napelemet meg kell világítani a kísérleti tervben szereplő fényforrással, lehetőleg kerülve az azt befolyásoló egyéb fényforrásokat.

• A fénysugaraknak merőlegesen kell ütniük a napelem felületére.

• Az objektumnak jól meghatározott árnyékot kell vetítenie.

• A panel felületének és a mozgás irányát tartalmazó síknak párhuzamosnak kell lennie.

5. lépés: Egy tipikus gyakorlat

Határozza meg az eső golyó sebességét 1 m magasságból, vegye figyelembe a kezdeti sebesség cero értékét.

Ha a labda szabadesésben esik, nagyon egyszerű: lásd a képet

Valódi körülmények között a korábbi érték alacsonyabb lehet a levegővel való súrlódás hatására. Határozzuk meg kísérletileg.

6. lépés: A kísérlet tervezése, kivitelezése és végrehajtása:

• Ragasszon egy műanyag csövet a napelem aktív területéhez. • Forrasztjon új vezetékeket a napelem csatlakozóira, így elkerülhető a hamis érintkezés.

• Hozzon létre egy támaszt a napelem-cső szerelvényhez, hogy vízszintesen tartható legyen.

• Helyezzen zseblámpát vagy más fényforrást egy másik tartóra úgy, hogy a kibocsátott fény vetülete merőlegesen érje a napelemet.

• Multiméterrel ellenőrizze, hogy amikor a fény a napelemre üt, nullánál nagyobb állandó feszültségértéket rögzít.

• Helyezze a napelem-cső szerelvényt a lámpa elejére, és hagyjon nagyobb szabadságot, mint az a tárgy, amelynek sebességét meg szeretné mérni. Próbálja a lehető legnagyobb távolságban tartani a fényforrást (zseblámpát) a napelemtől. Ha a lámpa fényét egyetlen led hozza létre, annál jobb.

• Mérjen a napelem közepétől és felfelé egy méteres távolságig, és jelölje be rúdban, falban vagy hasonlóban.

• Csatlakoztassa az oszcilloszkóp szondáját a napelem kivezetéseihez a polaritás tiszteletben tartásával.

• Állítsa be helyesen a TRIGGER opciót az oszcilloszkópon, hogy minden feszültségváltozás rögzíthető legyen a panel árnyéka során. Esetemben az időosztások 5 ms -ban, a feszültségosztások pedig 500 mv -ban voltak. A nullafeszültségű vonalat lefelé kellett állítani, hogy minden variáció elférjen. A trigger küszöböt közvetlenül a kezdeti állandó feszültség alá helyezték.

• Mérje meg az objektum és a panel aktív zónájának hosszát, adja hozzá és írja le a sebesség kiszámításához.

• Dobja le a testet 1 m magasságból, hogy árnyéka megszakítsa a lámpa által kivetített fénysugarat.

• Mérje meg a feszültségváltozás idejét az oszcilloszkóp kurzorokkal az időskálán.

• Ossza el a korábban elkészített hosszúságok összegét az oszcilloszkópban mért idő között.

• Hasonlítsa össze az értéket az elméleti számításokkal, és vonjon le következtetéseket (vegye figyelembe a lehetséges tényezőket, amelyek hibákat okoznak a mérésben).

Eredmények: lásd a képen

7. lépés: Néhány megjegyzés a kísérlethez:

• Úgy tűnik, hogy a kapott eredmények helyesek az elméletnek megfelelően.

• A kísérlethez kiválasztott objektum nem ideális, azt tervezem, hogy megismétlem másokkal, amelyek jobban definiálható árnyékot vetíthetnek, és amelyek szimmetrikusak, hogy elkerüljék az esetleges elfordulást az esés során.

• Ideális lett volna a panelcsövet és a lámpát külön asztalokra helyezni, szabad helyet hagyva.

• A kísérletet többször meg kell ismételni, megpróbálva ellenőrizni a mérések hibáinak lehetséges okait, és statisztikai módszereket kell használni a megbízhatóbb eredmények eléréséhez.

Javaslatok az anyaghoz és a műszerekhez ehhez a projekthez: Bár úgy gondolom, hogy bármilyen digitális oszcilloszkóp, fényforrás és napelem működhet, az alábbiakat használom.

OSCILLOSCOPE

NAPELEM

FÁKLYA

A projektjeimhez használt összes anyag és eszköz megvásárolható az Ebay -en keresztül. Ha az alábbi linkre kattint és vásárol, akkor kis jutalékot kap.

EBAY.com

Várom észrevételeiket, kérdéseiket, javaslataikat.

Köszönöm, és lépjen tovább a következő projektjeimhez.