تاخومتر صفحه خورشیدی: 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

در دستورالعمل "پانل خورشیدی به عنوان ردیاب سایه" ، یک روش تجربی برای تعیین سرعت یک جسم از طرح سایه آن بر روی یک صفحه خورشیدی ارائه شد. آیا می توان از انواع این روش برای مطالعه اجسام دوار استفاده کرد؟ بله ممکن است. در مرحله بعد ، یک دستگاه آزمایشی ساده ارائه می شود که امکان اندازه گیری دوره و فرکانس چرخش یک جسم را ممکن می سازد. این دستگاه آزمایشی را می توان در هنگام مطالعه موضوع "فیزیک: مکانیک کلاسیک" ، به ویژه در مطالعه موضوع "چرخش اجسام سفت و سخت" استفاده کرد. به طور بالقوه برای دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد ، در طول تظاهرات تجربی یا کلاسهای آزمایشگاهی مفید است.

مرحله 1: برخی نکات نظری

هنگامی که یک جسم جامد حول یک محور می چرخد ، اجزای آن محیط های متمرکز آن محور را توصیف می کنند. مدت زمان لازم برای تکمیل محیط توسط یکی از این طرفها ، دوره چرخش نامیده می شود. دوره و فرکانس مقادیر متقابل هستند. در سیستم بین المللی واحدها ، دوره بر حسب ثانیه (ثانیه) و فرکانس برحسب هرتز (هرتز) نشان داده می شود. برخی از ابزارها برای اندازه گیری فرکانس چرخش مقادیر را بر حسب دور در دقیقه (rpm) می دهند. برای تبدیل از هرتز به دور در دقیقه ، به سادگی مقدار را در 60 ضرب کرده و دور در دقیقه بدست می آورید.

مرحله 2: مواد و ابزار

• پنل خورشیدی کوچک (100 * 28 میلی متر)

• چراغ قوه ال ای دی

• نوار چسب بازتابنده

• نوار برقی مشکی

• کابل برق

• بند کابل

• تفنگ سیلیکونی داغ

• لحیم کاری آهن و قلع

• سه تکه چوب (45mm * 20mm * 10mm)

• اسیلوسکوپ دیجیتال به همراه کاوشگر آن

• شیء چرخشی که می خواهید فرکانس چرخش آن را اندازه گیری کنید

مرحله 3: اصل عملکرد

هنگامی که نور به جسمی برخورد می کند ، بخشی از آن جذب می شود و قسمت دیگر منعکس می شود. بسته به ویژگی های سطح و رنگ جسم ، آن نور منعکس شده می تواند کم و بیش شدید باشد. اگر ویژگی های بخشی از سطح به طور خودسرانه تغییر کند ، فرض کنید با رنگ آمیزی آن یا چسباندن آن به یک نوار چسب نقره ای یا سیاه ، عمداً می توانیم باعث تغییر شدت نور منعکس شده در آن منطقه شویم. در اینجا ما "ردیابی سایه" را انجام نمی دهیم ، بلکه باعث تغییر در ویژگی های نور منعکس شده می شویم. اگر جسمی هنگام چرخش توسط منبع نوری روشن شود و پنل خورشیدی به درستی قرار گیرد ، به طوری که بخشی از نور منعکس شده روی آن بیفتد ، باید ولتاژ در پایانه های آن ظاهر شود. این ولتاژ با شدت نوری که دریافت می کند رابطه مستقیم دارد. اگر سطح را تغییر دهیم ، شدت نور منعکس شده و با آن ولتاژ پنل تغییر می کند. این صفحه می تواند به یک اسیلوسکوپ متصل شود و تغییرات ولتاژ را با توجه به زمان مشخص کند. اگر بتوانیم یک تغییر منسجم و مکرر در منحنی را تشخیص دهیم و زمان لازم برای تکرار خود را اندازه گیری کنیم ، دوره چرخش را تعیین می کنیم و اگر آن را محاسبه کنیم ، فرکانس چرخش را به طور غیر مستقیم تعیین می کنیم. برخی از اسیلوسکوپ ها قادر به محاسبه خودکار این مقادیر هستند ، اما از نظر آموزش ، محاسبه آن برای دانش آموزان مفید است. برای ساده سازی این فعالیت آزمایشی ، ابتدا می توانیم از اجسامی استفاده کنیم که با دور در دقیقه ثابت و ترجیحاً از نظر محور چرخش متقارن می چرخند.

به طور خلاصه:

1. جسمی که به طور مداوم می چرخد ، نوری را که بر روی آن می افتد منعکس می کند.

2. شدت نور منعکس شده توسط جسم در حال چرخش به رنگ و ویژگی های سطح آن بستگی دارد.

3. ولتاژ ظاهر شده در پنل خورشیدی بستگی به شدت نور منعکس شده دارد.

4- اگر ویژگی های قسمتی از سطح عمداً تغییر کند ، شدت نور منعکس شده در آن قسمت نیز تغییر می کند و به همراه آن ولتاژ پنل خورشیدی نیز تغییر می کند.

5- دوره جسم در حین چرخش را می توان با اندازه گیری زمان سپری شده بین دو نقطه با مقادیر یکسان ولتاژ و رفتار با کمک یک اسیلوسکوپ تعیین کرد.

مرحله 4: طراحی ، ساخت و اجرای آزمایش

1. دو رسانای الکتریکی را به پنل خورشیدی لحیم کنید. 2. تماس های الکتریکی روی پنل را با سیلیکون داغ بپوشانید تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود.

3. با چسباندن سیلیکون داغ یا چسب دیگر به سه تکه چوب که در تصویر دیده می شود ، تکیه گاه چوبی را بسازید.

4. همانطور که در تصویر نشان داده شده ، پنل خورشیدی را با سیلیکون داغ به پایه چوبی بچسبانید.

5. فانوس را مطابق تصویر به تکیه گاه چوبی بچسبانید و با بستهای پلاستیکی محکم کنید.

6. هادی های برقی پانل را با فلنج دیگری به تکیه گاه چوبی محکم کنید.

7. روی شیئی که می خواهید باند نوار سیاه و سپس نوار نقره ای را همانطور که در تصویر دیده می شود مطالعه کنید.

8. چرخش جسمی را که می خواهید مطالعه کنید شروع کنید.

9. پروب اسیلوسکوپ را به درستی به هادی های پنل خورشیدی وصل کنید.

10. اسیلوسکوپ خود را به درستی تنظیم کنید. در مورد من تقسیم ولتاژ 500mv و تقسیم زمان 25ms بود (بستگی به سرعت چرخش جسم دارد).

11. دستگاه آزمایشی را که به تازگی مونتاژ کرده اید در موقعیتی قرار دهید که پرتوهای نور در سطحی که می چرخد منعکس می شود و به پنل خورشیدی برخورد می کند (از آنچه در اسیلوسکوپ می بینید کمک بگیرید تا منحنی با تغییرات واضح تر به دست آید).

12- دستگاه آزمایش را برای چند ثانیه در موقعیت مناسب ثابت نگه دارید تا ببینید آیا نتایج منحنی ثابت می ماند یا خیر.

13. اسیلوسکوپ را متوقف کرده و منحنی را تجزیه و تحلیل کنید تا مشخص شود کدام موقعیت ها مطابق نوار سیاه و کدام نوار نقره ای است. در مورد من ، از آنجا که موتور الکتریکی که من مطالعه کردم طلایی بود ، تغییرات ناشی از نوار بیشتر به چشم می آمد.

14. با استفاده از نشانگرهای اسیلوسکوپ ، زمان سپری شده بین نقاط را با برابری فاز ، ابتدا برای نوار و سپس برای روبان نقره ای اندازه گیری کرده و آنها را مقایسه کنید (آنها باید یکسان باشند).

15. اگر اسیلوسکوپ شما معکوس دوره (فرکانس) را محاسبه نمی کند ، این کار را انجام دهید. می توانید مقدار قبلی را در 60 ضرب کرده و بدین ترتیب دور در دقیقه بدست آورید.

16. اگر مقدار kv یا دور بر ولت دارید (در صورتی که موتوری است که این ویژگی ها را ارائه می دهد) مقدار kv را در ولتاژ ورودی ضرب کنید ، نتیجه را با آنچه در طول آزمایش بدست آورده اید مقایسه کنید و به نتیجه گیری

مرحله 5: چند نکته و توصیه نهایی

• راحت است ابتدا وضعیت کالیبراسیون اسیلوسکوپ خود را بررسی کنید تا به نتایج قابل اطمینان برسید (از سیگنال کالیبراسیون ارائه شده توسط اسیلوسکوپ ، که عموماً 1 کیلو هرتز است) استفاده کنید.
• پروب اسیلوسکوپ خود را به درستی تنظیم کنید. اگر از سیگنال ایجاد شده توسط خود اسیلوسکوپ استفاده می کنید ، باید نبض های مستطیلی را تغییر شکل ندهید (تصویر را ببینید).
• زمان پاسخگویی الکتریکی را با سازنده پنل خورشیدی خود (برگه داده) بررسی کنید. در مورد من ، این دوره بسیار کمتر از دوره چرخش موتور الکتریکی بود که من مطالعه کردم ، بنابراین تأثیر آن را در اندازه گیری هایی که انجام دادم در نظر نگرفتم.
• نتایج بدست آمده از این روش را با نتایج به دست آمده از ابزار تجاری مقایسه کنید و مزایا و معایب هر دو را در نظر بگیرید.

مثل همیشه به پیشنهادات ، نظرات و سوالات شما توجه خواهم کرد. موفق باشید و با پروژه های آینده ام همراه باشید!

نفر دوم در مسابقه علمی کلاس درس