Курс: «Физика и механика», модуль «Возобновляемая энергия»
Гидротурбина
По принципу действия гидротурбины делятся на реактивные и активные. Основным рабочим органом турбины, в котором происходит преобразование энергии, является рабочее колесо. Вода к рабочему колесу в реактивных турбинах подводится через направляющий аппарат, а в активных – через сопла.
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
    • Построение графиков
    • Измерение расстояний
    • Регистрация показаний приборов
    • Измерение времени
    В технический словарик
      • Джоуль
      • Давление воды
      Дополнительно потребуется
        • Липкая лента
        • Источник воды, давление которой обеспечивает показания ЛЕГО®-мультиметра не ниже 2,0 В
        • Миллиметровка
        • Секундомер или таймер
        • Бумажные полотенца или салфетки для сушки ЛЕГО-элементов
        Установление взаимосвязей
        Гидротурбины предназначены для преобразования кинетической энергии потока воды в элек- трическую энергию. Они используются и в крупных энергетических сетях, и для снабжения энергией небольших поселков и отдельных домов.

        Соберем модель гидротурбины и исследуем ее способность генерировать энергию.
        Конструирование
        Сборка модели гидротурбины
        (Технологические карты 4А и 4В, с. 20, шаг 30)
        • Проверьте качество сборки и работоспособность модели. Ослабление втулки может уменьшить трение.
        • Плотно соедините разъемы.
        • Перед проведением измерений убедитесь, что показание мультиметра (в Дж) равно 0.
        Подготовка эксперимента

        • Установите гидротурбину на соответствующем расстоянии от крана.
        • Отрегулируйте напор воды так, чтобы ЛЕГО®- мультиметр показывал не менее 2,0 В.
        • Разместите гидротурбину так, чтобы ЛЕГО-муль- тиметр показывал максимальное значение мощ- ности.
        • Определив, какой напор воды вам нужен, отметь- те положение ручки крана с помощью кусочка липкой ленты.
        • Приготовьте бумажные полотенца или салфетки для сушки ЛЕГО-элементов.
        • При необходимости можно облегчить запуск тур- бины, плавно провернув ее лопасти.
        Внимание!

        Убедитесь, что на ЛЕГО-мультиметр и Е-мотор не попадают брызги воды, так как они не являются влагозащищенными устройствами. Для их защиты можно использовать пластиковый пакет или липкую пленку
        Рефлексия
        Накопление энергии

        Учащихся должны измерить количество энергии (в Дж), которую гидротурбина генерирует в течение 120 секунд.

        Прежде всего предложите ребятам подумать, сколько энергии может выработать турбина за 120 секунд и представить свои предположения в виде графика зависимости энергии от времени в течение 120 се- кунд с шагом по времени в 20 секунд.

        Затем попросите их измерить, сколько энергии выра- батывается в течение 120 секунд, записать результа- ты измерений, полученные с интервалом в 20 секунд, и нанести эти данные на тот же график.

        Перед началом измерений учащиеся должны убе- диться, что гидротурбина вращается под напором воды.

        Результаты измерений будут отличаться друг от друга в зависимости от напора воды; учащие- ся обнаружат, что количество аккумулированной энергии пропорционально давлению воды и времени работы турбины.

        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?
        Количество аккумулированной энергии пропорцио- нально давлению воды и времени работы турбины.

        • Чем обеспечивается достоверность полученных вами результатов?
        Необходимо провести измерения несколько раз при одинаковых условиях, то есть при вращении турби- ны по часовой стрелке и против не менять поло- жение турбины и расстоянии от неё до источника воды.

        Развитие
        Изменение числа лопастей турбины

        (Технологические карты 4А и 4В, с. 22, шаг 2)
        Учащиеся должны определить, сколько энергии (в Дж) производит гидротурбина с тремя лопастями в течение 120 секунд.

        Прежде всего предложите ребятам подумать, сколько энергии может выработать турбина за 120 секунд и представить свои предположения в виде графика зависимости энергии от времени в течение 120 се- кунд с шагом по времени в 20 секунд.

        Затем попросите их измерить, сколько энергии выра- батывается в течение 120 секунд, записать результа- ты измерений, полученные с интервалом в 20 секунд, и нанести эти данные на тот же график.

        Перед началом измерений попросите учащихся убедиться, что гидротурбина вращается под напором воды.

        Результаты измерений будут меняться в зави- симости от напора воды. Учащиеся обнаружат, что количество производимой энергии пропорцио- нально давлению воды и времени работы турбины. Они узнают также, что при наличии только трех лопастей турбина будет вырабатывать меньше энергии.

        Параметры, влияющие на результат

        Предложите учащимся определить и выписать не менее трех параметров, влияющих на эффектив- ность работы гидротурбины, и объяснить в чем и как это выражается.

        К факторам, влияющим на эффективность турби- ны, можно отнести ее диаметр, площадь и ко- личество лопастей, углы их установки, а также характеристики потока воды.
        Made on
        Tilda