แผงโซลาร์เซลล์เป็นตัวติดตามเงา: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ขนาดพื้นฐานที่ใช้ในฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์อื่น ๆ เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวทางกลคือความเร็ว การวัดผลเป็นกิจกรรมที่เกิดซ้ำในชั้นเรียนทดลอง ฉันมักจะใช้กล้องวิดีโอและซอฟต์แวร์ TRACKER เพื่อศึกษาการเคลื่อนไหวของวัตถุบางอย่างกับนักเรียนของฉัน ปัญหาหนึ่งที่เราพบคือ: วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่อนข้างสูงจะเบลอในเฟรมวิดีโอ ซึ่งทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัดที่ทำกับซอฟต์แวร์ วิธีการและเครื่องมือที่ใช้กันทั่วไปในการศึกษาวัตถุด้วยความเร็วที่ค่อนข้างสูงนั้นใช้เอฟเฟกต์ DOPPLER และเซ็นเซอร์ออปติคัลควบคู่ไปกับโครโนกราฟ

ในปัจจุบัน INSTRUCTABLE ฉันได้ใช้วิธีการทดลองทางเลือกในการวัดความเร็วเฉลี่ยของวัตถุโดยใช้แผงโซลาร์เซลล์และออสซิลโลสโคป ใช้ได้กับบทเรียนในห้องปฏิบัติการของวิชาฟิสิกส์ (กลศาสตร์คลาสสิก) โดยเฉพาะในหัวข้อ: จลนศาสตร์ของการเคลื่อนไหวเชิงกลของการแปล วิธีการที่เสนอและการประยุกต์ใช้การทดลองใช้อย่างมีประสิทธิภาพกับงานทดลองอื่น ๆ ภายในสาขาวิชาฟิสิกส์สำหรับผู้ที่ไม่สำเร็จการศึกษาและบัณฑิต นอกจากนี้ยังอาจใช้ในหลักสูตรวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ที่มีการศึกษาเนื้อหาเหล่านี้

หากคุณต้องการย่อพื้นฐานทางทฤษฎีและไปที่การสร้างเครื่องมือทดลองโดยตรง วิธีการวัด วัสดุที่จำเป็น และรูปภาพของการออกแบบของฉัน โปรดไปที่ขั้นตอนที่ 6 โดยตรง

ขั้นตอนที่ 1: ทฤษฎีบางอย่าง:

"ความเร็ว" เรียกว่าระยะทางที่วัตถุเดินทางในช่วงเวลาหนึ่ง ความเร็วคือปริมาณสเกลาร์ นั่นคือขนาดของเวกเตอร์ความเร็วที่ต้องการทิศทางในการเปลี่ยนตำแหน่งด้วย เราจะพูดในคำแนะนำนี้เพื่อวัดความเร็ว แต่เราจะวัดความเร็วเฉลี่ยจริงๆ

ขั้นตอนที่ 2: การวัดความเร็วด้วยแผงโซลาร์เซลล์?

แผงโซลาร์เซลล์เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานภายใต้หลักการของโฟโตอิเล็กทริกและมีหน้าที่หลักในการหมุนเวียนกระแสไฟฟ้าในวงจรที่ใช้ ตัวอย่างเช่น แผงโซลาร์เซลล์ถูกใช้เพื่อควบคุมนาฬิกาบางประเภท ชาร์จแบตเตอรี่ทุกชนิด รวมถึงในระบบผลิตไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับเครือข่ายสาธารณะและในบ้าน การใช้งานมีมากมาย ราคาในตลาดมีความน่าดึงดูดยิ่งขึ้นและมีส่วนช่วยในการพัฒนาที่ยั่งยืนซึ่งยอดเยี่ยมมาก

เนื่องจากการพัฒนาของเทคโนโลยีนี้มีประสบการณ์ เราพบมันในอุปกรณ์จำนวนมาก ตัวอย่างเช่น อันที่ฉันแสดงให้คุณเห็นถูกดึงมาจากไฟฉายราคาถูกที่ฉันบันทึกไว้และตอนนี้มีการใช้งานใหม่

หลักการเป็นพื้นฐาน เมื่อแสงฉายบนแผง มันทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า(แรงดัน) ที่ขั้วของมัน เมื่อเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์ สิ่งนี้สามารถตรวจสอบได้ง่าย ความต่างศักย์นี้มีหน้าที่ในการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค เช่น ความต้านทานไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับ "ความต้านทาน" ของวงจรและลักษณะของแผงจะหมุนเวียนกระแสมากหรือน้อย ในส่วนที่สัมพันธ์กับกระแสนี้ แรงดันไฟตกจะเกิดขึ้นที่ขั้วของแผงโซลาร์เซลล์เมื่อเชื่อมต่อผู้ใช้บริการแล้ว แต่ถ้าอิมพีแดนซ์คงที่ แรงดันไฟก็จะคงที่ตราบเท่าที่คุณสมบัติของไฟส่องสว่างเช่นกัน โวลต์มิเตอร์โดยทั่วไปมีอิมพีแดนซ์สูง ดังนั้นจะส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้น้อยมาก แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าแสงสว่างเปลี่ยนไป แรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป และนี่คือตัวแปรที่เราจะใช้

สรุป:

• แผงโซลาร์เซลล์เมื่อส่องสว่างจะแสดงแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วซึ่งสามารถวัดได้ด้วยโวลต์มิเตอร์

• แรงดันไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงหากอิมพีแดนซ์ของวงจรและลักษณะของการส่องสว่างคงที่ (ต้องอยู่ในสเปกตรัมที่ละเอียดอ่อนของแผงเพื่อให้เกิดเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก)

• การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในการส่องสว่างจะนำไปสู่ความผันแปรของแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเป็นตัวแปรที่จะใช้ในภายหลังเพื่อให้ได้ความเร็วของวัตถุในการทดลอง

ตามศีลข้อก่อนๆ สามารถคิดได้ดังนี้

เงาที่ฉายของวัตถุที่เคลื่อนที่บนแผงโซลาร์เซลล์จะทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วลดลง เวลาที่ใช้ในการลดลงสามารถใช้คำนวณความเร็วเฉลี่ยที่วัตถุนั้นเคลื่อนที่ได้

ขั้นตอนที่ 3: การทดลองเบื้องต้น

ในวิดีโอที่แล้ว หลักการที่ใช้แนวคิดก่อนหน้านั้นถูกแสดงโดยการทดลอง

ภาพแสดงเวลาที่ความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าคงอยู่ซึ่งถูกวางแผนโดยออสซิลโลสโคป ด้วยการกำหนดค่าฟังก์ชันทริกเกอร์อย่างถูกต้อง คุณจะได้รับกราฟที่เราสามารถวัดเวลาที่ผ่านไปในระหว่างการแปรผันได้ ในการสาธิต ความแปรผันอยู่ที่ประมาณ 29.60 มิลลิวินาที

อันที่จริง กระดานดำแบบร่างในการทดลองไม่ใช่วัตถุแบบชี้ แต่มีมิติ ปลายด้านซ้ายของยางลบเริ่มฉายเงาบนแผงโซลาร์เซลล์ และเริ่มลดแรงดันไฟฟ้าลงเป็นค่าต่ำสุด เมื่อยางลบเคลื่อนออกไปและเริ่มค้นพบแผงอีกครั้ง จะพบว่ามีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น เวลาทั้งหมดที่วัดได้นั้นสอดคล้องกับเวลาที่ใช้ในการฉายเงาเพื่อเดินทางไปทั่วทั้งแผง หากเราวัดความยาวของวัตถุ (ซึ่งควรจะเท่ากับการฉายเงาของมันหากเราใส่ใจเป็นพิเศษ) เราจะเพิ่มความยาวของโซนแอ็คทีฟของแผงและแบ่งระหว่างเวลาที่ความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าคงอยู่ แล้วเราจะได้ความเร็วเฉลี่ยของวัตถุนั้น เมื่อความยาวของวัตถุในการวัดความเร็วของวัตถุนั้นสูงกว่าโซนแอ็คทีฟของแผงในเชิงปริมาณ แผงนั้นถือได้ว่าเป็นวัตถุแบบจุดโดยไม่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด (หมายถึงไม่เพิ่มความยาวให้กับความยาวของวัตถุ).

มาคำนวณกัน (ดูรูป)

ขั้นตอนที่ 4: ในการใช้วิธีนี้ต้องคำนึงถึงข้อควรระวังบางประการ

• แผงโซลาร์เซลล์ต้องได้รับแสงสว่างจากแหล่งกำเนิดแสงที่ให้ไว้ในการออกแบบทดลอง หลีกเลี่ยงแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ที่ส่งผลกระทบต่อแผงโซลาร์ให้ไกลที่สุด

• รังสีของแสงจะต้องตั้งฉากกับพื้นผิวของแผงโซลาร์เซลล์

• วัตถุต้องฉายเงาที่กำหนดไว้อย่างดี

• พื้นผิวของแผงและระนาบที่มีทิศทางการเคลื่อนที่ต้องขนานกัน

ขั้นตอนที่ 5: แบบฝึกหัดทั่วไป

กำหนดความเร็วของลูกบอลที่ตกลงมาจากความสูง 1 เมตร พิจารณาความเร็ว inicial cero

ถ้าลูกบอลตกอย่างอิสระ ง่ายมาก: ดูรูป

ในสภาพจริง ค่าก่อนหน้านี้อาจต่ำกว่าเนื่องจากแรงเสียดทานกับอากาศ ลองพิจารณาการทดลอง

ขั้นตอนที่ 6: การออกแบบ การสร้าง และการดำเนินการทดลอง:

• ติดท่อพลาสติกบริเวณแอกทีฟของแผงโซลาร์เซลล์ • บัดกรีตะกั่วใหม่ไปยังขั้วแผงโซลาร์เซลล์เพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสที่ผิดพลาด

• สร้างส่วนรองรับสำหรับการประกอบแผงโซลาร์เซลล์-ท่อเพื่อให้สามารถยึดในแนวนอนได้

• วางไฟฉายหรือแหล่งกำเนิดแสงอื่นบนฐานรองรับอื่นเพื่อให้การฉายแสงที่ปล่อยออกมากระทบแผงโซลาร์เซลล์ในแนวตั้งฉาก

• ตรวจสอบด้วยมัลติมิเตอร์ว่าเมื่อแสงกระทบแผงโซลาร์เซลล์ จะมีการบันทึกค่าแรงดันคงที่ที่มากกว่าศูนย์

• วางชุดประกอบแผงโซลาร์เซลล์ไว้ที่ด้านหน้าของโคม โดยเว้นระยะห่างมากกว่าวัตถุที่คุณต้องการวัดความเร็ว พยายามรักษาแหล่งกำเนิดแสง (ไฟฉาย) จากแผงโซลาร์เซลล์ให้ไกลที่สุด หากแสงของตะเกียงถูกสร้างขึ้นด้วยไฟ LED ดวงเดียวยิ่งดี

• วัดจากศูนย์กลางของแผงโซลาร์เซลล์และขึ้นไประยะหนึ่งเมตรแล้วทำเครื่องหมายด้วยแท่ง กำแพง หรือสิ่งที่คล้ายกัน

• เชื่อมต่อโพรบของออสซิลโลสโคปกับขั้วของแผงโซลาร์เซลล์โดยคำนึงถึงขั้ว

• ตั้งค่าตัวเลือก TRIGGER ให้ถูกต้องบนออสซิลโลสโคป เพื่อให้สามารถบันทึกความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดได้ในระหว่างการผ่านเงาบนแผงควบคุม ในกรณีของฉัน การแบ่งเวลาอยู่ใน 5 มิลลิวินาที และการแบ่งแรงดันในมาตราส่วนคือ 500mv ต้องปรับแนวของแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ลงเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดพอดี เกณฑ์ทริกเกอร์ถูกวางไว้ใต้แรงดันคงที่เริ่มต้น

• วัดความยาวของวัตถุและของโซนที่ใช้งานของแผงควบคุม เพิ่มและจดไว้สำหรับการคำนวณความเร็ว

• ปล่อยร่างกายจากความสูง 1 เมตรเพื่อให้เงาของมันบดบังลำแสงที่ฉายจากตะเกียง

• วัดเวลาของการแปรผันของแรงดันไฟฟ้าด้วยเคอร์เซอร์ออสซิลโลสโคปบนมาตราส่วนเวลา

• หารผลรวมของความยาวที่ทำไว้ก่อนหน้านี้ระหว่างเวลาที่วัดในออสซิลโลสโคป

• เปรียบเทียบค่ากับการคำนวณทางทฤษฎีและได้ข้อสรุป (คำนึงถึงปัจจัยที่เป็นไปได้ที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด)

ผลลัพธ์ที่ได้รับ: ดูรูป

ขั้นตอนที่ 7: หมายเหตุบางส่วนของการทดลอง:

• ผลลัพธ์ที่ได้ดูเหมือนจะถูกต้องตามทฤษฎี

• วัตถุที่เลือกสำหรับการทดลองนี้ไม่เหมาะ ฉันวางแผนที่จะทำซ้ำกับวัตถุอื่นๆ ที่สามารถฉายเงาที่ชัดเจนขึ้นและมีความสมมาตรเพื่อหลีกเลี่ยงการหมุนที่เป็นไปได้ในช่วงฤดูใบไม้ร่วง

• ควรวางแผงท่อและโคมไฟไว้บนโต๊ะแยกจากกัน โดยปล่อยให้พื้นที่ว่างลง

• ควรทำการทดลองซ้ำหลายครั้ง โดยพยายามควบคุมสาเหตุที่เป็นไปได้ของข้อผิดพลาดในการวัด และควรใช้วิธีการทางสถิติเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือมากขึ้น

ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับวัสดุและเครื่องมือสำหรับโครงการนี้: แม้ว่าฉันจะเชื่อว่าออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล แหล่งกำเนิดแสง และแผงโซลาร์เซลล์ใดๆ สามารถทำงานได้ แต่นี่คือสิ่งที่ฉันใช้

ATTEN ออสซิลโลสโคป

แผงเซลล์แสงอาทิตย์

คบเพลิง

วัสดุและเครื่องมือทั้งหมดที่ใช้ในโครงการของฉันสามารถซื้อได้ผ่านอีเบย์ หากคุณคลิกที่ลิงค์ต่อไปนี้และทำการซื้อ คุณจะได้รับค่าคอมมิชชั่นเล็กน้อย

EBAY.com

ฉันจะรอความคิดเห็น คำถาม และข้อเสนอแนะของคุณ

ขอบคุณและติดตามโครงการต่อไปของฉัน