Көлеңкелі трекер ретінде күн панелі: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Механикалық қозғалысты сипаттау үшін физикада және басқа ғылымдарда қолданылатын негізгі шамасы - жылдамдық. Оны өлшеу тәжірибелік сабақтарда қайталанатын әрекет болды. Мен әдетте оқушылармен бірге белгілі бір объектілердің қозғалысын зерттеу үшін бейнекамера мен TRACKER бағдарламалық жасақтамасын қолданамын. Біз көрген бір қиындық: салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықпен қозғалатын объектілер бейне кадрларда бұлыңғыр болып көрінеді, бұл бағдарламалық жасақтамамен жасалған өлшемдердің белгісіздігін тудырады. Объектілерді салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықпен зерттеудің ең кең тараған әдістері мен құралдары хронографпен біріктірілген DOPPLER эффектісі мен оптикалық сенсорларға негізделген.

Қазіргі нұсқаулықта мен күн батареясы мен осциллографтың көмегімен объектінің орташа жылдамдығын өлшеудің балама эксперименттік әдісіне жүгінемін. Ол физика (классикалық механика) пәнінің зертханалық сабақтарында қолданылады, атап айтқанда: Аударманың механикалық қозғалысының кинематикасы. Ұсынылған әдіс және оның эксперименттік қолданылуы бітірмейтіндер мен бітірушілерге арналған физика пәнінің басқа эксперименттік тапсырмаларында тиімді қолданылады. Ол сонымен қатар осы мазмұн зерттелетін басқа да ғылыми курстарда қолданылуы мүмкін.

Егер сіз теориялық негіздерді қысқартқыңыз келсе және эксперименттік аппараттың құрылысына, өлшеуді қалай орындау керектігін, қажетті материалдар мен менің конструкциямның суреттерін көргіңіз келсе, тікелей 6 -қадамға өтіңіз.

1 -қадам: Кейбір теория:

«Жылдамдық» белгілі бір уақыт аралығында объектінің жүріп өткен қашықтығы ретінде белгілі. Жылдамдық - бұл скалярлық шама, яғни жылдамдық векторының шамасы, ол сонымен қатар позицияның өзгеру бағытын қажет етеді. Біз бұл нұсқаулықта жылдамдықты өлшеу үшін сөйлесеміз, бірақ біз орташа жылдамдықты өлшейтін боламыз.

2 -қадам: Күн панелінің көмегімен жылдамдықты өлшеу?

Күн панельдері - бұл фотоэффект принципі бойынша жұмыс істейтін және негізгі функциясы олар қолданылатын тізбектерде электр тогын айналдыру болып табылатын құрылғылар. Мысалы, күн панельдері сағаттардың белгілі бір түрлерін басқару үшін, аккумуляторлардың барлық түрін зарядтау үшін, сонымен қатар жалпыға ортақ желілерде және үйлерде айнымалы ток генерациялау жүйелерінде қолданылады. Өтінімдер көп, оның нарықтағы бағасы барған сайын тартымды болып келеді және тұрақты дамуға ықпал етеді, бұл өте жақсы.

Бұл технологияның дамуының арқасында біз оны көптеген құрылғыларда кездестіреміз, мысалы, мен көрсеткен құрылғы мен сақтаған арзан фонарьдан алынған, енді ол жаңа қолданысқа ие.

Принцип негізгі. Панельге жарық түсірілгенде, оның терминалдарында электр потенциалының (кернеудің) айырмашылығы туындайды. Вольтметр қосылған кезде оны оңай тексеруге болады. Потенциалдың бұл айырмашылығы тұтынушы құрылғы қосылған кезде электр тогының айналымына жауап береді, мысалы, электр кедергісі. Тізбектің «кедергісіне» және панельдің сипаттамаларына байланысты ол көп немесе аз токты айналдырады. Бұл токқа байланысты тұтынушы қосылғаннан кейін күн батареясының терминалдарында кернеудің төмендеуі байқалады, бірақ егер импеданс тұрақты болып қалса, жарықтандыру сипаттамалары болғанша кернеу де тұрақты болып қалады. Вольтметрлер әдетте жоғары импедансқа ие, сондықтан олар онымен өлшенетін кернеуге өте аз әсер етеді. Бірақ егер жарықтандыру өзгерсе не болады? Кернеу де өзгереді, бұл біз қолданатын айнымалы мән.

Қорытындылау:

• Күн панелі жарықтандырылған кезде оның терминалдарында вольтметрмен өлшеуге болатын кернеуді көрсетеді.

• Егер тізбектің кедергісі мен жарықтандыру сипаттамалары тұрақты сақталса, кернеу өзгермейді (фотоэффект пайда болу үшін панельдің сезімтал спектрінде болуы керек).

• Жарықтандырудың кез келген өзгеруі кернеудің өзгеруіне әкеледі, бұл айнымалы, ол кейін эксперименттердегі объектілердің жылдамдығын алу үшін қолданылады.

Алдыңғы ережелерге сүйене отырып, келесі идеяны тұжырымдауға болады:

Күн панелінде қозғалатын объектінің көлеңкесі оның кернеуінің төмендеуіне әкеледі. Қысқартуға кететін уақыт сол объектінің орташа жылдамдығын есептеу үшін пайдаланылуы мүмкін.

3 -қадам: Алғашқы эксперимент

Алдыңғы бейнеде алдыңғы идеяға негізделген принциптер эксперименталды түрде көрсетілген.

Кескін осциллографпен салынған кернеудің өзгеру ұзақтығын көрсетеді. Триггер функциясын дұрыс конфигурациялау арқылы сіз вариация кезінде өткен уақытты өлшеуге болатын графикті ала аласыз. Демонстрацияда өзгеріс шамамен 29.60 мс болды.

Шын мәнінде, эксперименттегі тақта жобасы нүктелік объект емес, оның өлшемдері бар. Өшіргіштің сол жақ ұшы өзінің көлеңкесін күн панеліне шығара бастайды, демек кернеуді минималды мәнге дейін төмендете бастайды. Өшіргіш жылжып, панель қайтадан табыла бастағанда, кернеудің жоғарылауы байқалады. Өлшенетін жалпы уақыт көлеңкенің проекциясының бүкіл панельді айналып өтуіне кеткен уақытқа сәйкес келеді. Егер біз объектінің ұзындығын өлшейтін болсақ (егер ол белгілі бір қамқорлық жасаса, оның көлеңкесінің проекциясына тең болуы керек), біз оны панельдің белсенді аймағының ұзындығымен қосамыз және оны кернеудің өзгеру ұзақтығына бөлеміз, онда біз осы объектінің орташа жылдамдығын аламыз. Егер оның жылдамдығын өлшейтін объектінің ұзындығы панельдің белсенді аймағынан сандық жағынан жоғары болса, панельді өлшеу кезінде елеулі қателік жібермей нүктелік объект ретінде қарастыруға болады (бұл оның ұзындығын объект ұзындығына қоспауды білдіреді)..

Есептеулер жүргізейік (суретті қараңыз)

4 -қадам: Бұл әдісті қолдану үшін кейбір сақтық шараларын ескеру қажет

• Күн панелі экспериментальды конструкцияда қарастырылған жарық көзімен жарықтандырылуы керек, бұл оған әсер ететін басқа жарық көздерін мүмкіндігінше болдырмайды.

• Жарық сәулелері күн панелінің бетіне перпендикуляр түсуі керек.

• Нысан жақсы анықталған көлеңкені жобалауы керек.

• Панель беті мен қозғалыс бағыты бар жазықтық параллель болуы керек.

5 -қадам: Әдеттегі жаттығу

1 м биіктіктен құлап бара жатқан доптың жылдамдығын анықтаңыз.

Егер доп еркін құлап кетсе, бұл өте қарапайым: суретті қараңыз

Нақты жағдайда ауамен үйкеліс әсерінен бұрынғы мән төмен болуы мүмкін. Оны эксперименталды түрде анықтайық.

6 -қадам: Тәжірибені жобалау, салу және орындау:

• Күн батареясының белсенді аймағына пластикалық түтікті жабыстырыңыз. • Күн батареясының терминалдарына жаңа сымдарды жалғаңыз, сондықтан жалған контактілерден аулақ болыңыз.

• Көлденеңінен ұстап тұру үшін күн панелінің түтік жинағына тірек жасаңыз.

• Шам немесе басқа жарық көзін басқа тірекке орнатыңыз, осылайша шығарылған жарықтың проекциясы күн панеліне перпендикуляр тиеді.

• Мультиметрмен күн панеліне жарық түскен кезде тұрақты кернеудің нөлден үлкен мәні жазылатынын тексеріңіз.

• Күн панелі-түтік қондырғысын фонарьдың алдыңғы жағына орналастырып, жылдамдығын өлшегіңіз келетін объектіден үлкен бос орын қалдырыңыз. Күн панелінен жарық көзін (фонарь) мүмкіндігінше алыс ұстауға тырысыңыз. Егер фонарьдың жарығы бір жарықдиодпен жасалса, соғұрлым жақсы.

• Күн панелінің ортасынан бір метрге дейінгі қашықтықты өлшеп, оны штангаға, қабырғаға немесе соған ұқсас етіп белгілеңіз.

• Осциллографтың зондын полярлықты сақтай отырып, күн батареясының ұштарына қосыңыз.

• Осциллографта TRIGGER опциясын дұрыс орнатыңыз, осылайша панельдегі көлеңкеден өту кезінде кернеудің барлық өзгеруін жазуға болады. Менің жағдайда уақыт бөлімдері 5 мс болды, ал масштабтағы кернеу бөлімдері 500 мВ болды. Нөлдік кернеулер сызығы төмен қарай төмен қарай реттелуі керек еді, сондықтан барлық вариация сәйкес келеді. Триггерлік табалдырық бастапқы тұрақты кернеудің дәл астына қойылды.

• Объектінің және панельдің белсенді аймағының ұзындығын өлшеңіз, оларды қосыңыз және жылдамдықты есептеу үшін жазыңыз.

• Денені 1 м биіктіктен түсіріңіз, осылайша оның көлеңкесі фонарь шығаратын жарық сәулесін үзеді.

• Уақыт шкаласы бойынша осциллограф курсорларымен кернеудің өзгеру уақытын өлшеңіз.

• Бұрын жасалған ұзындықтардың қосындысын осциллографта өлшенген уақытқа бөліңіз.

• Мәнді теориялық есептеулермен салыстырыңыз және қорытындыға келіңіз (өлшеу кезінде қателіктер жіберетін мүмкін факторларды ескеріңіз).

Алынған нәтижелер: суретті қараңыз

7 -қадам: Эксперимент туралы кейбір ескертулер:

• Теорияға сәйкес алынған нәтижелер дұрыс сияқты.

• Бұл эксперимент үшін таңдалған объект идеалды емес, мен оны басқа көлеңкелерді анықтай алатын және күзде ықтимал айналуды болдырмау үшін симметриялы түрде қайталауды жоспарлап отырмын.

• Панельдік түтік пен фонарьды бос орын қалдырып, бөлек үстелдерге орналастыру дұрыс болар еді.

• Эксперимент бірнеше рет қайталануы керек, өлшеулердегі қателіктердің мүмкін себептерін бақылауға тырысып, сенімді нәтиже алу үшін статистикалық әдістерді қолдану керек.

Бұл жобаға арналған материалдар мен құралдардың ұсыныстары: Кез келген цифрлық осциллограф, жарық көзі мен күн панелі жұмыс істей алады деп ойласам да, мен қолданамын.

ҚАТЫСТЫ ОСИЛЛОСКОП

Күн панелі

ТОРЧ

Менің жобаларымда қолданылатын барлық материалдар мен құралдарды Ebay арқылы сатып алуға болады. Егер сіз келесі сілтемені бассаңыз және сатып алу жасасаңыз, сіз шағын комиссия алуға үлес қосасыз.

EBAY.com

Мен сіздің пікірлеріңізді, сұрақтарыңыз бен ұсыныстарыңызды күтемін.

Рахмет және менің келесі жобаларымды жалғастырыңыз.