Курс: «Физика и механика», модуль «Возобновляемая энергия»
Солнечный ЛЕГО®-модуль
Солнечная энергия — чистый и естественный метод получения энергии, она не представляет биологической или экологической опасности. В развивающихся странах газ, нефть и уголь уже стали дороже солнечной энергии. - За последние три года было установлено 60% всех солнечных батарей. - Страны, занимающие лидирующие позиции в использовании энергии Солнца — Германия, Испания, Япония. - 50% всех солнечных систем производится в Стране восходящего солнца для работы в домах обычных японцев. Японская государственная политика стимулирует жителей пользоваться панелями и возмещает почти половину затрат на их установку. - Широкое распространение и применение солнечных батарей стало реальным благодаря американским ученым и промышленникам, создавшим в 1955 году Ассоциацию Солнечной Энергетики.
Физика
  • Преобразование энергии
  • Передача энергии
  • Научные исследования
Технология
  • Усовершенствование модели
  • Сборка модели
  • Оценка качества сборки
Проектирование
    • Конструкторские расчеты
    • Определение вида энергии
    • Исследования и измерения
    Математика
    • Построение графиков
    • Определение углов
    • Измерение расстояний
    • Регистрация показаний приборов
    В технический словарик
      • Ток
      • Перпендикуляр к…
      • Солнечная ЛЕГО®-батарея
      • Напряжение
      Дополнительно потребуется
        • Лампа накаливания 60 Вт, высокоэффективный галогеновый источник излучения или лю- бой источник, излучающий в инфракрасном диапазоне спектра (длина волны > 800 нм)
        • Лампа с параболическим отражателем
        • Линейка или измерительная рулетка
        • Фольга
        Установление взаимосвязей
        Солнечные батареи служат для преобразования солнечной энергии в электрическую. Они используются для производства электроэнергии в больших энергетических сетях, для энергос- набжения космических спутников и небольших жилых домов.

        Теперь приступим к сборке солнечного ЛЕГО®-модуля и исследуем его способность генерировать энергию.
        Конструирование
        Сборка солнечной ЛЕГО®-модуля
        (Технологические карты 2А и 2В, с. 30, шаг 15)
        • Проверьте качество сборки и работоспо- собность модели.
        • Плотно соедините разъемы.
        • Перед проведением испытаний убедитесь, что показание ЛЕГО®-мультиметра (в Дж) равно 0.
        Подготовка эксперимента

        • Установите солнечную ЛЕГО-батарею на расстоянии 15 см от источника света.
        • Используйте лампу накаливания 60 Вт, высокоэффективный галогеновый источ- ник излучения или любой источник, кото- рый излучает в инфракрасном диапазоне (при длине волны > 800 нм).
        • Установите солнечную батарею под источ- ником света в середине светового пятна от лампы. Лучше всего использовать светильник с параболическим отражате- лем такого диаметра, чтобы в поперечном сечении он полностью перекрывал по- верхность батареи.
        • Помогите учащимся измерить расстояние от лампы до панели. Чтобы облегчить ребятам процесс измерения, заранее нанесите на поверхности лампы в центре метку.
        Внимание!

        При сильном нагреве солнечная ЛЕГО-бата- рея может выйти из строя, поэтому при вы- полнении задания всегда размещайте лампу на расстоянии не менее 8 см от поверхности батареи. Следите за тем, чтобы учащиеся об- ращались с лампой очень осторожно!
        Рефлексия
        Изменение углов наклона панели солнечной батареи

        Учащиеся должны исследовать, как изменение угла на- клона солнечной батареи влияет на среднее значение напряжения (В) и тока (А).

        Прежде всего предложите учащимся подумать, какими будут средние значения напряжения и тока на выходе сол- нечной батареи, расположенной перпендикулярно к потоку излучения от источника света, находящегося на расстоя- нии 15 см от её поверхности.
        После этого попросите ребят измерить и записать средние значения напряжения и тока при горизонтальном располо- жении солнечной батареи.

        Убедитесь, что перед выполнением задания ЛЕГО®- мультиметр показывает 0.
        Затем пусть они выполнят такие же измерения для сол- нечной батареи, установленной под углом к направлению потока от источника света и вертикально.

        Результаты измерений будут различаться в зависимо- сти от применяемого источника света и освещенности помещения, в котором находится солнечный ЛЕГО-мо- дуль. Учащиеся увидят, что больше всего энергии про- изводится в том случае, когда поток света направлен перпендикулярно к поверхности солнечной батареи.
        Затем пусть они выполнят такие же измерения для сол- нечной батареи, установленной под углом к направлению потока от источника света и вертикально.

        Результаты измерений будут различаться в зависимо- сти от применяемого источника света и освещенности помещения, в котором находится солнечный ЛЕГО-мо- дуль. Учащиеся увидят, что больше всего энергии про- изводится в том случае, когда поток света направлен перпендикулярно к поверхности солнечной батареи.
        Развитие
        Увеличиваем скорость вращения генератора с помощью редуктора

        (Технологические карты 1А и 1В, с. 16, шаг 1)
        Учащиеся должны исследовать, какое количество энергии (Дж) вырабатывает генератор за 60 секунд и какое расстояние может проехать электромобиль с таким запасом энергии.

        Прежде всего предложите ребятам переделать ре- дуктор генератора, а затем подумать, используя свои знания о свойствах шестерен, сколько энергии может выработать генератор за 60 секунд, и представить свои предположения в виде графика в координатах «энергия–время».

        Затем попросите их измерить, сколько энергии вы- работал генератор с ручным приводом за 60 секунд, и нанести показания мультиметра, зарегистрирован- ные с интервалом в 10 секунд, на тот же график.

        И, наконец, пусть ребята определят, как длина пробе- га электромобиля зависит от количества запасенной энергии.

        Полученные результаты будут различаться, но существенное возрастание количества запасенной энергии учащиеся заметят. В идеале они должны предсказать 60-процентное увеличение этой ве- личины. Длина пробега электромобиля зависит от величины запасенной энергии.

        Параметры, влияющие на результат

        Предложите учащимся определить и выписать не ме- нее трех параметров, влияющих на эффективность работы генератора и электромобиля, и объяснить, в чем и как это выражается.

        Некоторое влияние на работу генератора могут оказать изменения в редукторе, длина ручки, ско- рость ее вращения, сила и выносливость человека вращающего ручку. На длину пробега электромо- биля влияют его вес, характеристики шестерен и состояние поверхности испытательной дорожки.
        Made on
        Tilda