MÁY HÚT MẶT TRỜI MẶT TRỜI: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Trong "Bảng điều khiển năng lượng mặt trời làm công cụ theo dõi bóng" CÓ HƯỚNG DẪN, nó đã được trình bày một phương pháp thử nghiệm để xác định tốc độ của một vật thể từ hình chiếu của bóng của nó lên bảng điều khiển năng lượng mặt trời. Có thể áp dụng một số biến thể của phương pháp này để nghiên cứu các vật thể quay không? Có, nó là có thể. Tiếp theo, một thiết bị thí nghiệm đơn giản sẽ được trình bày để có thể đo chu kỳ và tần số quay của một vật thể. Thiết bị thí nghiệm này có thể được sử dụng trong quá trình nghiên cứu chủ đề "Vật lý: Cơ học cổ điển", cụ thể là trong quá trình nghiên cứu chủ đề "Chuyển động quay của vật cứng". Nó có khả năng hữu ích với sinh viên đại học và sau đại học, trong các buổi biểu diễn thử nghiệm hoặc các lớp học trong phòng thí nghiệm.

Bước 1: Một số lưu ý lý thuyết

Khi một vật rắn quay quanh một trục, các bộ phận của nó mô tả các đường tròn đồng tâm với trục đó. Thời gian để một trong hai bên này hoàn thành chu vi được gọi là chu kỳ quay. Chu kỳ và tần số là độ lớn tương hỗ. Trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế, chu kỳ được tính bằng giây (s) và tần số tính bằng Hertz (Hz). Một số công cụ để đo tần số quay cung cấp các giá trị bằng Vòng quay trên phút (vòng / phút). Để chuyển đổi từ Hz sang rpm, chỉ cần nhân giá trị với 60 và bạn sẽ nhận được rpm.

Bước 2: Vật liệu và dụng cụ

• Bảng điều khiển năng lượng mặt trời nhỏ (100mm * 28mm)

• Đèn led

• Băng dính phản quang

• Băng dính điện màu đen

• Dây cáp điện

• Dây buộc

• Súng silicone nóng

• Hàn sắt và thiếc

• Ba miếng gỗ (45mm * 20mm * 10mm)

• Máy hiện sóng kỹ thuật số với đầu dò của nó

• Xoay đối tượng mà bạn muốn đo tần số quay của nó

Bước 3: Nguyên tắc hoạt động

Khi ánh sáng chiếu vào một vật thể, một phần bị hấp thụ và phần khác bị phản xạ. Tùy thuộc vào đặc điểm của bề mặt và màu sắc của vật thể mà ánh sáng phản xạ có thể có cường độ mạnh hơn hoặc ít hơn. Nếu các đặc tính của một phần bề mặt bị thay đổi tùy ý, chẳng hạn bằng cách sơn nó hoặc bằng cách dán nó vào băng dính màu bạc hoặc đen, chúng tôi có thể cố ý gây ra sự thay đổi cường độ của ánh sáng phản xạ trong khu vực đó. Ở đây, chúng tôi sẽ không thực hiện "THEO DÕI CHIẾU SÁNG" nhưng chúng tôi sẽ gây ra sự thay đổi trong các đặc tính của ánh sáng phản chiếu. Nếu một vật thể khi đang quay được chiếu sáng bởi một nguồn sáng và một tấm pin mặt trời được đặt đúng chỗ, để một phần ánh sáng phản xạ rơi vào nó thì ở các cực của nó phải xuất hiện một hiệu điện thế. Hiệu điện thế này có mối quan hệ trực tiếp với cường độ ánh sáng mà nó nhận được. Nếu chúng ta thay đổi bề mặt, cường độ của ánh sáng phản xạ sẽ thay đổi và cùng với đó là điện áp của bảng điều khiển. Bảng điều khiển này có thể được kết nối với một máy hiện sóng và xác định các biến thể của điện áp theo thời gian. Nếu chúng ta có thể xác định một sự thay đổi nhất quán và lặp đi lặp lại trong đường cong, đo thời gian nó tự lặp lại, chúng ta sẽ xác định chu kỳ quay và với nó, tần số quay gián tiếp nếu chúng ta tính toán nó. Một số máy hiện sóng có khả năng tự động tính toán các giá trị này, nhưng theo quan điểm của giảng dạy, việc tính toán của học sinh là có hiệu quả. Để đơn giản hóa hoạt động thử nghiệm này, ban đầu chúng ta có thể sử dụng các vật thể quay với tốc độ vòng / phút không đổi và tốt nhất là đối xứng với trục quay của nó.

Tổng kết:

1. Một vật quay liên tục thì phản xạ ánh sáng chiếu vào nó.

2. Cường độ của ánh sáng do vật quay phản xạ phụ thuộc vào màu sắc và đặc điểm bề mặt của nó.

3. Hiệu điện thế xuất hiện trên tấm pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng phản xạ.

4. Nếu các đặc tính của một phần bề mặt bị cố ý thay đổi, cường độ sáng của ánh sáng phản xạ trong phần đó cũng sẽ thay đổi và cùng với đó là điện áp trong bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

5. Chu kỳ của vật trong quá trình quay có thể được xác định bằng cách đo thời gian trôi qua giữa hai điểm có giá trị hiệu điện thế và trạng thái giống hệt nhau với sự trợ giúp của máy hiện sóng.

Bước 4: Thiết kế, Xây dựng và Thực hiện Thí nghiệm

1. Hàn hai dây dẫn điện vào bảng điều khiển năng lượng mặt trời. 2. Che các điểm tiếp xúc điện trên bảng điều khiển bằng silicone nóng để tránh đoản mạch.

3. Dựng giá đỡ bằng gỗ bằng cách kết hợp với silicone nóng hoặc một loại keo khác vào ba miếng gỗ như trong hình.

4. Dán tấm pin mặt trời vào giá đỡ bằng gỗ bằng silicone nóng như trong hình.

5. Dán đèn lồng vào giá đỡ bằng gỗ như trong hình và cố định bằng dây nhựa.

6. Cố định các dây dẫn điện của bảng điều khiển bằng một mặt bích khác vào giá đỡ bằng gỗ.

7. Dán lên đối tượng bạn muốn nghiên cứu một dải băng đen và sau đó là một dải bạc như trong hình.

8. Bắt đầu xoay đối tượng mà bạn muốn nghiên cứu.

9. Kết nối chính xác đầu dò của máy hiện sóng với dây dẫn của bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

10. Thiết lập máy hiện sóng của bạn một cách chính xác. Trong trường hợp của tôi, các vạch chia điện áp là 500mv và các vạch chia thời gian là 25ms (nó sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của vật thể).

11. Đặt thiết bị thí nghiệm vừa lắp ráp ở vị trí mà các tia sáng phản xạ trên bề mặt quay và đập vào tấm pin mặt trời (giúp bạn từ những gì bạn nhìn thấy trong máy hiện sóng để có được một đường cong với những thay đổi rõ rệt hơn).

12. Giữ cố định dụng cụ thí nghiệm ở vị trí thích hợp trong vài giây để xem kết quả của đường cong có không đổi.

13. Dừng máy hiện sóng và phân tích đường cong để xác định vị trí nào tương ứng với băng đen và vị trí nào tương ứng với băng bạc. Trong trường hợp của tôi, vì động cơ điện mà tôi nghiên cứu có màu vàng, nên những thay đổi do băng gây ra trở nên đáng chú ý hơn.

14. Sử dụng con trỏ của máy hiện sóng, đo thời gian trôi qua giữa các điểm bằng nhau về pha, đầu tiên đối với dải băng và sau đó đối với dải băng bạc và so sánh chúng (chúng phải giống nhau).

15. Nếu máy hiện sóng của bạn không tự động tính toán nghịch đảo của chu kỳ (tần số), hãy làm như vậy. Bạn có thể nhân giá trị trước đó với 60 và do đó nhận được vòng / phút.

16. Nếu bạn có giá trị kv hoặc số vòng quay trên vôn (trong trường hợp đó là động cơ cung cấp các đặc tính này) nhân giá trị kv với điện áp đầu vào, so sánh kết quả với kết quả bạn thu được trong quá trình thử nghiệm và đi đến kết quả kết luận.

Bước 5: Một số lưu ý và khuyến nghị cuối cùng

• Thật thuận tiện khi kiểm tra ban đầu trạng thái hiệu chuẩn của máy hiện sóng để thu được kết quả đáng tin cậy (sử dụng tín hiệu hiệu chuẩn do máy hiện sóng cung cấp, thường là 1khz).
• Điều chỉnh đầu dò máy hiện sóng của bạn một cách chính xác. Bạn sẽ thấy các xung hình chữ nhật không bị biến dạng nếu bạn sử dụng tín hiệu do chính máy hiện sóng tạo ra (xem hình ảnh).
• Điều tra thời gian phản hồi điện với nhà sản xuất bảng điều khiển năng lượng mặt trời của bạn (biểu dữ liệu). Trong trường hợp của tôi, nó thấp hơn nhiều so với chu kỳ quay của động cơ điện mà tôi đã nghiên cứu, vì vậy tôi không xem xét ảnh hưởng của nó đến các phép đo tôi đã thực hiện.
• So sánh kết quả thu được bằng phương pháp này với kết quả thu được bằng công cụ thương mại và xem xét ưu nhược điểm của cả hai phương pháp này.

Như mọi khi, tôi sẽ chú ý đến các đề xuất, nhận xét và câu hỏi của bạn. Chúc may mắn và theo kịp với các dự án sắp tới của tôi!

Về nhì trong Cuộc thi Khoa học Lớp học