GÖLGE İZLEYİCİ OLARAK GÜNEŞ PANELİ: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Fizikte ve diğer bilimlerde mekanik hareketi tanımlamak için kullanılan temel bir büyüklük hızdır. Bunu ölçmek deneysel sınıflarda tekrarlanan bir aktivite olmuştur. Öğrencilerimle belirli nesnelerin hareketini incelemek için genellikle bir video kamera ve TRACKER yazılımı kullanırım. Karşılaştığımız bir zorluk şudur: Göreceli olarak yüksek hızlarda hareket eden nesneler video karelerinde bulanık görünür ve bu da yazılımla yapılan ölçümlerde belirsizliklere yol açar. Nispeten yüksek hızda nesnelerin incelenmesi için en yaygın yöntem ve araçlar, DOPPLER etkisine ve kronografla birleştirilmiş optik sensörlere dayanmaktadır.

Bu ÖĞRETİMDE, bir güneş paneli ve bir osiloskop kullanarak bir nesnenin ortalama hızını ölçmek için alternatif bir deneysel yönteme yaklaşıyorum. Fizik (Klasik Mekanik) konusunun laboratuvar derslerinde, özellikle şu konuda uygulanabilir: Çevirinin mekanik hareketinin kinematiği. Önerilen yöntem ve deneysel uygulaması, mezun olmayanlar ve mezun olanlar için Fizik disiplinindeki diğer deneysel görevlere güçlü bir şekilde uygulanabilir. Bu içeriklerin çalışıldığı diğer fen bilimleri derslerinde de kullanılabilir.

Teorik temelleri kısaltmak ve doğrudan deneysel aparat yapımına, ölçümlerin nasıl yapılacağına, gerekli malzemelere ve tasarımımın görüntülerine geçmek istiyorsanız, lütfen doğrudan adım 6'ya gidin.

Adım 1: Bazı Teori:

"Hız", bir nesnenin belirli bir zaman aralığında kat ettiği mesafe olarak bilinir. Hız, konum değişikliklerinin meydana geldiği yönü de gerektiren hız vektörünün büyüklüğü olan skaler niceliktir. Bu TALİMATTA hızı ölçmek için konuşacağız, ancak gerçekten ortalama hızı ölçeceğiz.

Adım 2: Güneş Paneli ile Hız Ölçümü?

Güneş panelleri, fotoelektrik etki prensibi ile çalışan ve asıl işlevi kullanıldığı devrelerde elektrik akımını dolaştırmak olan cihazlardır. Örneğin, güneş panelleri belirli türdeki saatleri çalıştırmak, her türden pili şarj etmek, ayrıca kamu şebekesi için AC üretim sistemlerinde ve evlerde kullanılır. Uygulamalar çoktur, piyasadaki fiyatı giderek daha cazip hale gelir ve harika olan sürdürülebilir kalkınmaya katkıda bulunur.

Bu teknolojinin gelişmesi nedeniyle birçok cihazda bulduk, örneğin, size gösterdiğim, kurtardığım ucuz bir el fenerinden çıkarıldı ve şimdi yeni bir kullanımı var.

İlke temeldir. Bir panonun üzerine bir ışık yansıtıldığında, terminallerinde elektrik potansiyeli (voltaj) farkı oluşur. Bir voltmetre bağlandığında, bu kolayca doğrulanabilir. Potansiyeldeki bu fark, örneğin bir elektrik direnci gibi bir tüketici cihazı bağlandığında bir elektrik akımının dolaşımından sorumludur. Devrenin "empedansına" ve panelin özelliklerine bağlı olarak, az ya da çok akım dolaştıracaktır. Bu akımla ilgili olarak, tüketici bağlandıktan sonra güneş panelinin terminallerinde bir voltaj düşüşü yaşanacaktır, ancak empedans sabit kalırsa, aydınlatmanın özellikleri de olduğu sürece voltaj da sabit tutulur. Voltmetreler genellikle yüksek bir empedansa sahiptir, bu nedenle onlarla ölçülen voltajı çok az etkilerler. Ama aydınlatma değişirse ne olur?, voltaj da değişir ve bu, kullanacağımız değişkendir.

Özetleme:

• Bir güneş paneli yandığında terminallerinde voltmetre ile ölçülebilen bir voltaj gösterir.

• Devrenin empedansı ve aydınlatmanın özellikleri sabit tutulduğunda voltaj değişmez (fotoelektrik etkinin oluşması için panelin hassas spektrumunda olmalıdır).

• Aydınlatmadaki herhangi bir değişiklik, deneylerde nesnelerin hızını elde etmek için daha sonra kullanılacak bir değişken olan voltajda bir değişikliğe yol açacaktır.

Önceki ilkelere dayanarak aşağıdaki fikir formüle edilebilir:

Bir güneş paneli üzerinde hareket eden bir cismin yansıtılan gölgesi, terminal geriliminde bir azalmaya neden olacaktır. Azaltma için geçen süre, o nesnenin hareket ettiği ortalama hızı hesaplamak için kullanılabilir.

3. Adım: İlk Deney

Bir önceki videoda, önceki fikrin dayandığı ilkeler deneysel olarak gösterilmektedir.

Görüntü, bir osiloskop tarafından çizilen voltaj değişiminin sürdüğü süreyi gösterir. Tetikleme fonksiyonunu doğru bir şekilde yapılandırarak, varyasyon sırasında geçen süreyi ölçebileceğimiz grafiği elde edebilirsiniz. Gösterimde, varyasyon yaklaşık 29.60ms idi.

Aslında deneydeki karatahta taslağı bir nokta nesnesi değil, boyutları var. Silginin sol ucu gölgesini güneş paneline yansıtmaya ve dolayısıyla voltajı minimum değere düşürmeye başlar. Silgi uzaklaşıp panel yeniden keşfedilmeye başladığında gerilimde bir artış görülür. Ölçülen toplam süre, gölgenin projeksiyonunun tüm paneli dolaşması için geçen süreye karşılık gelir. Cismin uzunluğunu ölçersek (belirli özen gösterirsek gölgesinin izdüşümüne eşit olması gerekir), onu panelin aktif bölgesinin uzunluğu ile toplar ve voltaj değişiminin sürdüğü süreye böleriz, o zaman o nesnenin hız ortalamasını elde edeceğiz. Hızını ölçmek için nesnenin uzunluğu, panelin aktif bölgesinden nicel olarak daha yüksek olduğunda, panel, ölçümlerde dikkate değer bir hata oluşturmadan bir nokta nesne olarak kabul edilebilir (bu, uzunluğunu nesne uzunluğuna eklememek anlamına gelir).

Bazı hesaplamalar yapalım (resme bakın)

Adım 4: Bu Yöntemi Uygulamak İçin Bazı Önlemlerin Dikkate Alınması Gerekir

• Güneş paneli, deney tasarımında sağlanan ışık kaynağı ile aydınlatılmalı ve onu etkileyen diğer ışık kaynaklarından mümkün olduğunca kaçınılmalıdır.

• Işık ışınları güneş panelinin yüzeyine dik gelmelidir.

• Nesne, iyi tanımlanmış bir gölge yansıtmalıdır.

• Panel yüzeyi ile hareket yönünü içeren düzlem paralel olmalıdır.

Adım 5: Tipik Bir Egzersiz

1 m yükseklikten düşen bir topun hızını belirleyin, incial hız cero'yu düşünün.

Top serbest düşüşte düşerse, çok basittir: resme bakın

Gerçek koşullarda, hava ile sürtünmenin etkisi nedeniyle önceki değer daha düşük olabilir. Deneysel olarak belirleyelim.

Adım 6: Deneyin Tasarımı, Yapısı ve Yürütülmesi:

• Güneş panelinin aktif bölgesine plastik bir boru yapıştırın. • Yanlış temaslardan kaçınmak için güneş paneli terminallerine yeni kablolar lehimleyin.

• Yatay olarak tutulabilmesi için güneş paneli-boru montajı için bir destek oluşturun.

• Yayılan ışığın yansımasının güneş paneline dik olarak çarpması için başka bir desteğin üzerine bir el feneri veya başka bir ışık kaynağı yerleştirin.

• Bir multimetre ile güneş paneline bir ışık çarptığında sıfırdan büyük bir sabit voltaj değerinin kaydedildiğini kontrol edin.

• Güneş paneli-boru tertibatını, hızını ölçmek istediğiniz nesneden daha fazla boşluk bırakarak fenerin önüne yerleştirin. Güneş panelinden ışık kaynağını (el feneri) mümkün olduğunca uzak tutmaya çalışın. Fenerin ışığı tek bir led tarafından oluşturulursa, o kadar iyidir.

• Güneş panelinin ortasından ve bir metre yukarıya doğru ölçün ve bir çubuk, duvar veya benzeri ile işaretleyin.

• Polariteye dikkat ederek osiloskopun sondasını güneş panelinin terminallerine bağlayın.

• Osiloskopta TRIGGER seçeneğini doğru ayarlayın, böylece panel üzerindeki gölge geçişi sırasında tüm voltaj değişimleri kaydedilebilir. Benim durumumda zaman bölümleri 5ms ve ölçekteki voltaj bölümleri 500mv idi. Sıfır voltaj çizgisi, tüm varyasyonun uyması için aşağı doğru ayarlanmalıdır. Tetik eşiği, ilk sabit voltajın hemen altına yerleştirildi.

• Objenin uzunluğunu ve panelin aktif bölgesinin uzunluğunu ölçün, ekleyin ve hız hesaplaması için not edin.

• Gövdeyi 1m yükseklikten düşürün, böylece gölgesi fener tarafından yansıtılan ışık huzmesini keser.

• Zaman ölçeğinde osiloskop imleçleri ile voltaj değişiminin zamanını ölçün.

• Daha önce yapılan uzunlukların toplamını osiloskopta ölçülen süreye bölün.

• Değeri teorik hesaplamalarla karşılaştırın ve sonuçlara varın (ölçümde hatalara neden olan olası faktörleri hesaba katın).

Elde edilen sonuçlar: resme bakın

7. Adım: Deneyin Bazı Notları:

• Elde edilen sonuçlar teoriye uygun olarak doğru görünmektedir.

• Bu deney için seçilen nesne ideal değil, daha iyi tanımlanmış bir gölge yansıtabilen ve sonbaharda olası rotasyonları önlemek için simetrik olan başkalarıyla tekrarlamayı planlıyorum.

• Panel-tüp ve feneri ayrı masalara altta boş alan bırakarak yerleştirmek ideal olurdu.

• Deney birkaç kez tekrarlanmalı, ölçümlerdeki hataların olası nedenleri kontrol edilmeye çalışılmalı ve daha güvenilir sonuçlar elde etmek için istatistiksel yöntemler kullanılmalıdır.

Bu proje için malzeme ve alet önerileri: Herhangi bir dijital osiloskop, ışık kaynağı ve güneş panelinin işe yarayacağına inansam da, işte kullandıklarım.

ATTEN OSİLOSKOP

GÜNEŞ PANELİ

MEŞALE

Projelerimde kullanılan tüm malzeme ve araçlar Ebay üzerinden satın alınabilir. Aşağıdaki bağlantıya tıklayıp bir satın alma işlemi yaparsanız, küçük bir komisyon almak için katkıda bulunacaksınız.

EBAY.com

Yorumlarınızı, sorularınızı ve önerilerinizi bekliyor olacağım.

Teşekkürler ve sonraki projelerime devam edin.