Курс: «Физика и механика», модуль «Возобновляемая энергия»
Ветряная турбина
Ветряная мельница - в странах Европы первые такие конструкции получили широкое распространение лишь в начале девятого века. Наиболее востребованными и распространенными мельницы стали среди жителей Голландии, жители которой настолько интенсивно использовали силу ветра с целью размола зерен и перекачивания воды, что ветряная мельница стала чуть ли не национальным символом, а к 19 столетию на территории этой страны было сосредоточено уже более 9 000 ветряных мельниц. Но с развитием альтернативных на то время источников энергии, таких, как нефть, уголь и атом, ветряная энергетика начала сдавать свои позиции. Тем не менее, в конце прошлого века проблемы, вызванные загрязнением окружающей среды стали настолько значимыми, что использование экологически чистой энергии ветра стало одним из наиболее популярных источников наших дней. экология, электространции, ветряки
Физика
  • Накопление энергии
  • Преобразование энергии
  • Научные исследования
Технология
  • Усовершенствование модели
  • Сборка модели
  • Оценка качества сборки
Проектирование
    • Конструкторские расчеты
    • Определение вида энергии
    • Исследования и измерения
    Математика
    • Измерение расстояний
    • Регистрация показаний приборов
    В технический словарик
      • Эффективность
      • Энергия
      • Электрическое напряжение
      • Мощность
      Дополнительно потребуется
        • Липкая лента
        • Вентилятор мощностью не менее 40 Вт
        • Линейка или измерительная рулетка
        Установление взаимосвязей
        Ветряные турбины предназначены для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. Они используются для производства электроэнергии и в крупных энергосетях, и на небольших сельских фермах.

        Теперь приступим к сборке модели ветряной турбины и исследуем ее способность про- изводить энергию.
        Сборка модели Ветряной турбины
        (Технологические карты 3А и 3В, с. 43, шаг 18)
        • Проверьте качество сборки и работоспособ- ность модели. Ослабление втулки может умень- шить трение.
        • Плотно соедините разъемы.
        • Перед проведением испытаний убедитесь, что показание мультиметра (в Дж) равно 0.
        Подготовка эксперимента

        • Установите вентилятор на одной оси с турбиной так, чтобы его центр находился напротив цен- тра турбины и расстояние между ними равня- лось 30 см.
        • Подберите вентилятор с такой мощностью, чтобы при вращении турбины показание ЛЕГО®- мультиметра на входе превышало 2,0 В. Мощ- ность вентилятора должна быть более 40 Вт.
        • Выберите такую схему размещения вентиля- тор–турбина, при которой ЛЕГО-мультиметр показывает максимальное значение мощности генератора.
        • Чтобы сделать ветряную турбину устойчивой, вользуйтесь липкой лентой (или книжками).
        • При необходимости облегчить запуск турбины плавно проверните лопасти.
        Внимание!
        Работающий вентилятор представляет собой опре- деленную опасность. Следите, чтобы учащиеся соблюдали осторожность при работе с ним! Обязательно выключайте вентилятор, если при выполнении задания приходится менять количе- ство лопастей турбины.
        Рефлексия
        6-лопастная турбина: изменяем расстояние до вентилятора

        Учащиеся должны исследовать характеристики ветряной турбины в различных условиях работы и зафиксировать средние значения электрического напряжения (В) и мощности (Вт).

        Прежде всего предложите ребятам подумать, какую мощность и при каком напряжении будет генериро- вать ветряная турбина, установленная на расстоянии 30 см от вентилятора.
        Затем пусть учащиеся проведут исследование и за- фиксируют средние значения напряжения и мощно- сти. Попросите их записать результаты наблюдений.

        После этого им нужно будет выключить вентилятор, уменьшить расстояние между ним и турбиной до 15 см и снова выполнить все описанные шаги.

        Результаты измерений будут отличаться друг от друга; учащиеся обнаружат, что мощность возрас- тает, когда ветряная турбина перемещается ближе к источнику ветра.

        Чтобы проверить, как учащиеся усвоили мате- риал, задайте им следующие вопросы:

        • Какие факторы вы учитывали, выдвигая свои предположения?
        • Как вы можете объяснить полученные вами ре- зультаты?
        • Можете ли вы определить закономерность полу- ченных результатов?
        Чем ближе турбина к источнику ветра, тем больше энергии она генерирует.

        • Чем обеспечивается достоверность полученных вами результатов?
        Необходимо провести измерения несколько раз при одинаковых условиях, то есть не менять положе- ние ветряной турбины и расстояние от неё до источника ветра.

        Развитие
        3-лопастная турбина: изменяем расстояние до вентилятора

        (Технологические карты 3А и 3В, с. 44, шаг 1)
        Учащихся должны исследовать характеристики ветряной турбины в различных условиях работы и зафиксировать средние значения электрического напряжения (В) и мощности (Вт).

        Прежде всего предложите ребятам подумать, какую мощность и при каком напряжении будет генерировать ветряная турбина, установленная на расстоянии 30 см от вентилятора.
        Затем пусть они проведут эксперимент и зафиксируют средние значения напряжения и мощности. Попросите их записать результаты наблюдений.

        После этого им нужно будет выключить вентилятор и уменьшить расстояние между ним и турбиной до 15 см и снова выполнить все описанные шаги.

        Результаты измерений будут отличаться друг от друга; учащиеся обнаружат, что мощность возрас- тает, когда ветряная турбина перемещается ближе к источнику ветра, и наличие шести лопастей приводит к увеличению генерируемой мощности при прочих равных условиях.

        Параметры, влияющие на результат

        Предложите ребятам определить и выписать не менее трех параметров, влияющих на эффективность работы ветряной турбины, и объяснить, в чем и как это выражается.

        К факторам, влияющим на эффективность работы турбины, можно отнести число лопастей, угол между осями вентилятора и турбины и силу ветра. Но основное влияние на эффективность турбины оказывают характеристики Е-мотора (то есть турбины).

        Дополнительные задания


        Предложите учащимся смоделировать различные ландшафты и оценить их влияния на способность ветряной турбины генерировать электроэнергию. Для этого вы можете, например, расположить книгу между вентилятором и турбиной.

        Попросите ребят описать условия выполненного модельного эксперимента, представить схему размещения и указать основные параметры, например, высоту книги и расстояние между вентилятором и турбиной.
        Made on
        Tilda