เครื่องวัดวามเร็วแผงโซลาร์เซลล์: 5 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

ใน INSTRUCTABLE "Solar Panel as a Shadow Tracker" ได้มีการนำเสนอวิธีทดลองเพื่อกำหนดความเร็วของวัตถุจากการฉายเงาของมันบนแผงโซลาร์เซลล์ เป็นไปได้ไหมที่จะใช้รูปแบบอื่นของวิธีนี้เพื่อศึกษาวัตถุที่หมุนได้? ใช่มันเป็นไปได้ ต่อไปจะนำเสนอเครื่องมือทดลองอย่างง่ายที่จะทำให้สามารถวัดคาบและความถี่ของการหมุนของวัตถุได้ เครื่องมือทดลองนี้สามารถใช้ในระหว่างการศึกษาวิชา " ฟิสิกส์:กลศาสตร์คลาสสิก " โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการศึกษาหัวข้อ "การหมุนของวัตถุแข็ง" อาจเป็นประโยชน์กับนักศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษา ในระหว่างการสาธิตการทดลองหรือชั้นเรียนในห้องปฏิบัติการ

ขั้นตอนที่ 1: หมายเหตุเชิงทฤษฎีบางส่วน

เมื่อวัตถุแข็งหมุนรอบแกน ส่วนต่างๆ ของวัตถุจะอธิบายเส้นรอบวงที่มีศูนย์กลางอยู่ที่แกนนั้น เวลาที่ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งใช้ในการสร้างเส้นรอบวงเรียกว่าระยะเวลาการหมุน ระยะเวลาและความถี่เป็นขนาดซึ่งกันและกัน ในระบบหน่วยสากล ระยะเวลาจะได้รับในหน่วยวินาที (s) และความถี่ในหน่วยเฮิรตซ์ (Hz) เครื่องมือบางอย่างที่ใช้วัดความถี่ของการหมุนให้ค่าเป็นรอบต่อนาที (rpm) ในการแปลงจาก Hz เป็น rpm ให้คูณค่าด้วย 60 แล้วคุณจะได้ค่า rpm

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุและเครื่องมือ

• แผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็ก (100 มม. * 28 มม.)

• ไฟฉาย LED

• เทปกาวสะท้อนแสง

• เทปพันสายไฟสีดำ

• สายไฟฟ้า

• เคเบิ้ลไทร์

• ปืนซิลิโคนร้อน

• หัวแร้งและดีบุก

• ไม้สามชิ้น (45 มม. * 20 มม. * 10 มม.)

• ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลพร้อมโพรบ

• การหมุนวัตถุที่คุณต้องการวัดความถี่ในการหมุนของมัน

ขั้นตอนที่ 3: หลักการทำงาน

เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ ส่วนหนึ่งจะถูกดูดกลืนและอีกส่วนหนึ่งสะท้อนกลับ ขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิวและสีของวัตถุ แสงที่สะท้อนอาจมีความเข้มมากหรือน้อย หากลักษณะของส่วนหนึ่งของพื้นผิวเปลี่ยนไปตามอำเภอใจ สมมติว่าโดยการทาสีหรือติดไว้บนเทปกาวสีเงินหรือสีดำ เราอาจทำให้ความเข้มของแสงที่สะท้อนในบริเวณนั้นเปลี่ยนไปโดยเจตนา ในที่นี้ เราจะไม่ทำ "การติดตามเงา" แต่เราจะทำให้ลักษณะของแสงสะท้อนเปลี่ยนไป หากวัตถุที่หมุนอยู่ได้รับแสงสว่างจากแหล่งกำเนิดแสงและวางแผงโซลาร์เซลล์ไว้อย่างเหมาะสม เพื่อให้แสงสะท้อนบางส่วนตกบนวัตถุนั้น แรงดันไฟฟ้าจะต้องปรากฏที่ขั้วของมัน แรงดันไฟฟ้านี้มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มของแสงที่ได้รับ หากเราเปลี่ยนพื้นผิว ความเข้มของแสงสะท้อนจะเปลี่ยนไปและแรงดันของแผงจะเปลี่ยนไปด้วย แผงนี้สามารถเชื่อมต่อกับออสซิลโลสโคปและระบุความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าตามเวลา หากเราสามารถระบุการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันและซ้ำซากในเส้นโค้ง การวัดเวลาที่ใช้ในการทำซ้ำ เราจะกำหนดระยะเวลาการหมุนและด้วยความถี่ของการหมุนโดยอ้อมหากเราคำนวณมัน ออสซิลโลสโคปบางตัวสามารถคำนวณค่าเหล่านี้ได้โดยอัตโนมัติ แต่จากมุมมองของการสอน นักเรียนสามารถคำนวณค่านี้ได้ เพื่อลดความซับซ้อนของกิจกรรมการทดลองนี้ เราสามารถใช้วัตถุที่หมุนที่รอบต่อนาทีคงที่และควรสมมาตรตามแกนของการหมุนของมัน

สรุป:

1. วัตถุที่หมุนอย่างต่อเนื่องสะท้อนแสงที่ตกลงมา

2. ความเข้มของแสงที่สะท้อนจากวัตถุที่หมุนอยู่นั้นขึ้นอยู่กับสีและลักษณะของพื้นผิว

3. แรงดันไฟฟ้าที่ปรากฏบนแผงโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงสะท้อน

4. หากลักษณะของส่วนหนึ่งของพื้นผิวเปลี่ยนไปโดยเจตนา ความเข้มของการส่องสว่างของแสงที่สะท้อนในส่วนนั้นก็จะเปลี่ยนไปด้วย และแรงดันไฟฟ้าในแผงโซลาร์เซลล์ก็จะเปลี่ยนไปด้วย

5. ระยะเวลาของวัตถุระหว่างการหมุนสามารถกำหนดได้โดยการวัดเวลาที่ผ่านไประหว่างจุดสองจุดที่มีค่าแรงดันและพฤติกรรมเหมือนกันโดยใช้ออสซิลโลสโคป

ขั้นตอนที่ 4: การออกแบบ การสร้าง และการดำเนินการทดลอง

1. ประสานตัวนำไฟฟ้าสองตัวเข้ากับแผงโซลาร์เซลล์ 2. ปิดหน้าสัมผัสไฟฟ้าบนแผงด้วยซิลิโคนร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจร

3. สร้างฐานไม้โดยใช้ซิลิโคนร้อนหรือกาวอื่น ๆ กับไม้สามชิ้นตามที่เห็นในภาพ

4. ติดแผงโซล่าเซลล์เข้ากับฐานไม้ด้วยซิลิโคนร้อนดังรูป

5. ติดโคมเข้ากับฐานไม้ตามภาพ แล้วมัดด้วยพลาสติกรัด

6. ยึดตัวนำไฟฟ้าของแผงด้วยหน้าแปลนอีกอันเข้ากับฐานไม้

7. แปะบนวัตถุที่คุณต้องการศึกษาแถบเทปสีดำแล้วแถบสีเงินตามที่เห็นในภาพ

8. เริ่มการหมุนของวัตถุที่คุณต้องการศึกษา

9. เชื่อมต่อหัววัดออสซิลโลสโคปกับตัวนำแผงโซลาร์เซลล์อย่างถูกต้อง

10. ตั้งค่าออสซิลโลสโคปของคุณอย่างถูกต้อง ในกรณีของฉัน การแบ่งแรงดันไฟฟ้าคือ 500mv และการแบ่งเวลา 25ms (จะขึ้นอยู่กับความเร็วในการหมุนของวัตถุ)

11. วางอุปกรณ์ทดลองที่คุณเพิ่งประกอบในตำแหน่งที่รังสีของแสงสะท้อนบนพื้นผิวที่หมุนและชนแผงโซลาร์เซลล์ (ช่วยตัวเองจากสิ่งที่คุณเห็นในออสซิลโลสโคปเพื่อให้ได้เส้นโค้งที่มีการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนยิ่งขึ้น)

12. ให้เครื่องมือทดลองอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องเป็นเวลาสองสามวินาทีเพื่อดูว่าผลลัพธ์ของเส้นโค้งคงที่หรือไม่

13. หยุดออสซิลโลสโคปและวิเคราะห์เส้นโค้งเพื่อกำหนดตำแหน่งที่สอดคล้องกับเทปสีดำและตำแหน่งใดกับเทปสีเงิน ในกรณีของฉัน เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้าที่ฉันศึกษานั้นเป็นสีทอง การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากเทปจึงสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

14. ใช้เคอร์เซอร์ออสซิลโลสโคปวัดเวลาที่ผ่านไประหว่างจุดที่มีความเท่าเทียมกันของเฟส อันดับแรกสำหรับเทป และจากนั้นสำหรับริบบอนสีเงินแล้วเปรียบเทียบ (ต้องเหมือนกัน)

15. หากออสซิลโลสโคปของคุณไม่คำนวณค่าผกผันของช่วงเวลา (ความถี่) โดยอัตโนมัติ ให้ดำเนินการดังกล่าว คุณสามารถคูณค่าก่อนหน้าด้วย 60 และรับรอบต่อนาที

16. หากคุณมีค่า kv หรือค่ารอบต่อโวลต์ (ในกรณีที่เป็นมอเตอร์ที่มีคุณสมบัติเหล่านี้) ให้คูณค่า kv ด้วยแรงดันไฟขาเข้า เปรียบเทียบผลลัพธ์กับค่าที่คุณได้รับระหว่างการทดลองและมาถึง ข้อสรุป

ขั้นตอนที่ 5: หมายเหตุสุดท้ายและคำแนะนำ

• สะดวกในการตรวจสอบสถานะการสอบเทียบของออสซิลโลสโคปในขั้นต้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ (ใช้สัญญาณการสอบเทียบที่ออสซิลโลสโคปนำเสนอซึ่งโดยทั่วไปคือ 1khz)
• ปรับโพรบออสซิลโลสโคปของคุณให้ถูกต้อง คุณควรเห็นพัลส์สี่เหลี่ยมไม่เสียรูปหากคุณใช้สัญญาณที่สร้างโดยออสซิลโลสโคปเอง (ดูรูป)
• ตรวจสอบเวลาตอบสนองทางไฟฟ้ากับผู้ผลิตแผงโซลาร์เซลล์ของคุณ (เอกสารข้อมูล) ในกรณีของฉัน มันต่ำกว่าระยะเวลาการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ฉันศึกษามาก ดังนั้นฉันจึงไม่คำนึงถึงอิทธิพลที่มีต่อการวัดที่ฉันทำ
• เปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้จากวิธีนี้กับผลลัพธ์ที่ได้จากเครื่องมือเชิงพาณิชย์ และพิจารณาข้อดีและข้อเสียของทั้งสองอย่าง

และเช่นเคย ฉันจะคอยรับฟังข้อเสนอแนะ ความคิดเห็นและคำถามของคุณ ขอให้โชคดีและติดตามโครงการต่อไปของฉัน!

รองชนะเลิศการแข่งขันวิชาวิทยาศาสตร์