TAHOMETRU PANOU SOLAR: 5 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

În INSTRUCTABILUL „Panoul solar ca urmăritor de umbre”, a fost prezentată o metodă experimentală pentru a determina viteza unui obiect din proiecția umbrei sale pe un panou solar. Este posibil să se aplice o variantă a acestei metode pentru a studia obiectele rotative? Da, este posibil. Apoi, va fi prezentat un simplu aparat experimental care va face posibilă măsurarea perioadei și frecvenței de rotație a unui obiect. Acest aparat experimental poate fi utilizat în timpul studiului subiectului „Fizică: mecanică clasică”, în special în timpul studiului subiectului „Rotația obiectelor rigide”. Este potențial util cu studenții de licență și absolvenți, în timpul demonstrațiilor experimentale sau orelor de laborator.

Pasul 1: Câteva note teoretice

Când un obiect solid se rotește în jurul unei axe, părțile sale descriu circumferințele concentrice acelei axe. Timpul necesar uneia dintre aceste părți pentru a finaliza circumferința se numește perioada de rotație. Perioada și frecvența sunt magnitudini reciproce. În sistemul internațional de unități, perioada este dată în secunde și frecvența în Hz (Hz). Unele instrumente pentru măsurarea frecvenței de rotație dau valorile în Revoluții pe minut (rpm). Pentru a converti de la Hz la rpm, pur și simplu înmulțiți valoarea cu 60 și veți obține rpm.

Pasul 2: Materiale și instrumente

• Panou solar mic (100mm * 28mm)

• Lanternă cu LED

• Bandă adezivă reflectorizantă

• Bandă electrică neagră

• Cablu electric

• Legaturi de cablu

• Pistol de silicon fierbinte

• Fier de lipit și tablă

• Trei bucăți de lemn (45mm * 20mm * 10mm)

• Osciloscop digital cu sonda sa

• Obiect rotativ la care doriți să-i măsurați frecvența de rotație

Pasul 3: Principiul de funcționare

Când lumina lovește un obiect, o parte este absorbită și alta reflectată. În funcție de caracteristicile suprafeței și de culoarea obiectului, acea lumină reflectată poate fi mai mult sau mai puțin intensă. Dacă caracteristicile unei părți ale suprafeței sunt schimbate în mod arbitrar, să zicem prin vopsirea acesteia sau prin lipirea ei pe o bandă adezivă argintie sau neagră, am putea provoca în mod intenționat o modificare a intensității luminii reflectate în acea zonă. Aici nu am face o „Urmărire a umbrelor”, ci am provoca o schimbare a caracteristicilor iluminării reflectate. Dacă un obiect care se rotește este iluminat de o sursă de lumină și un panou solar este așezat corespunzător, astfel încât o porțiune a luminii reflectate cade pe el, trebuie să apară o tensiune la bornele sale. Această tensiune are o relație directă cu intensitatea luminii pe care o primește. Dacă schimbăm suprafața, intensitatea luminii reflectate se schimbă și odată cu aceasta tensiunea panoului. Acest panou ar putea fi conectat la un osciloscop și ar putea identifica variațiile de tensiune în raport cu timpul. Dacă putem identifica o schimbare coerentă și repetitivă a curbei, măsurând timpul necesar repetării, am determina perioada de rotație și, cu aceasta, frecvența de rotație indirect dacă o calculăm. Unele osciloscoape sunt capabile să calculeze automat aceste valori, dar din punct de vedere al predării, este productiv pentru elevi să o calculeze. Pentru a simplifica această activitate experimentală am putea folosi inițial obiecte care se rotesc la rpm constante și, de preferință, simetrice în raport cu axa de rotație a acestuia.

Rezumând:

1. Un obiect care se rotește continuu reflectă lumina care cade pe el.

2. Intensitatea luminii reflectate de obiectul rotativ depinde de culoare și de caracteristicile suprafeței sale.

3. Tensiunea care apare pe panoul solar depinde de intensitatea luminii reflectate.

4. Dacă caracteristicile unei părți a suprafeței sunt modificate intenționat, intensitatea luminoasă a luminii reflectate în acea parte se va schimba și, odată cu aceasta, tensiunea din panoul solar.

5. Perioada obiectului în timpul rotației poate fi determinată prin măsurarea timpului scurs între două puncte cu valori identice de tensiune și comportament cu ajutorul unui osciloscop.

Pasul 4: Proiectarea, construcția și executarea experimentului

1. Lipiți doi conductori electrici pe panoul solar. 2. Acoperiți contactele electrice de pe panou cu silicon fierbinte pentru a evita scurtcircuitele.

3. Construiți suportul din lemn îmbinând cu silicon fierbinte sau un alt lipici cele trei bucăți de lemn așa cum se vede în imagine.

4. Lipiți panoul solar de suportul din lemn cu silicon fierbinte așa cum se arată în imagine.

5. Lipiți felinarul pe suportul de lemn așa cum se arată în imagine și fixați-l cu cravate din plastic.

6. Fixați conductorii electrici ai panoului cu o altă flanșă pe suportul din lemn.

7. Lipiți obiectul pe care doriți să studiați o bandă de bandă neagră și apoi o bandă argintie așa cum se vede în imagine.

8. Porniți rotația obiectului pe care doriți să-l studiați.

9. Conectați corect sonda osciloscopului la conductorii panoului solar.

10. Configurați osciloscopul corect. În cazul meu, diviziunile de tensiune au fost de 500mv și diviziunile de timp 25ms (va depinde de viteza de rotație a obiectului).

11. Așezați aparatul experimental pe care tocmai l-ați asamblat într-o poziție în care razele de lumină sunt reflectate pe suprafața care se rotește și lovește panoul solar (ajutați-vă din ceea ce vedeți în osciloscop pentru a obține o curbă cu modificări mai pronunțate).

12. Păstrați aparatul experimental fixat în poziția corectă timp de câteva secunde pentru a vedea dacă rezultatele curbei rămân constante.

13. Opriți osciloscopul și analizați curba pentru a determina ce poziții corespund benzii negre și care benzii argintii. În cazul meu, din moment ce motorul electric pe care l-am studiat era auriu, modificările cauzate de bandă au devenit mai vizibile.

14. Cu ajutorul cursorelor osciloscopului, măsurați timpul scurs între punctele cu egalitate de fază, mai întâi pentru bandă și apoi pentru panglica argintie și comparați-le (trebuie să fie aceleași).

15. Dacă osciloscopul dvs. nu calculează automat inversul perioadei (frecvență), faceți acest lucru. Puteți înmulți valoarea anterioară cu 60 și astfel puteți obține rpm.

16. Dacă aveți valoarea kv sau rotații per volt (în cazul în care este un motor care oferă aceste caracteristici) înmulțiți valoarea kv cu tensiunea de intrare, comparați rezultatul cu cel obținut de dvs. în timpul experimentului și ajungeți la concluzii.

Pasul 5: Câteva note finale și recomandări

• Este convenabil să verificați inițial starea de calibrare a osciloscopului pentru a obține rezultate fiabile (utilizați semnalul de calibrare oferit de osciloscop, care este, în general, 1khz).
• Reglați corect sonda osciloscopului. Ar trebui să vedeți impulsuri dreptunghiulare care nu sunt deformate dacă utilizați semnalul generat de osciloscopul însuși (a se vedea imaginea).
• Investigați timpul de răspuns electric cu producătorul panoului solar (fișă tehnică). În cazul meu a fost mult mai mică decât perioada de rotație a motorului electric pe care am studiat-o, așa că nu am luat în considerare influența acestuia asupra măsurătorilor pe care le-am făcut.
• Comparați rezultatele obținute prin această metodă cu cele obținute de un instrument comercial și luați în considerare avantajele și dezavantajele ambelor.

Ca întotdeauna, voi fi atent la sugestiile, comentariile și întrebările dvs. Mult succes și ține pasul cu proiectele mele viitoare!

Locul doi în concursul de științe în clasă