СЛЪНЧЕВ ПАНЕЛЕН ТАХОМЕТЪР: 5 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:57

В ИНСТРУКЦИОННИЯ "Слънчев панел като сензор за проследяване" беше представен експериментален метод за определяне на скоростта на обект от проекцията на неговата сянка върху слънчев панел. Възможно ли е да се приложи някакъв вариант на този метод за изучаване на въртящи се обекти? Да, възможно е. След това ще бъде представен прост експериментален апарат, който ще направи възможно измерването на периода и честотата на въртене на обект. Този експериментален апарат може да се използва по време на изучаването на дисциплината "Физика: Класическа механика", по -специално по време на изучаването на темата "Въртене на твърди обекти". Той е потенциално полезен за студенти и аспиранти, по време на експериментални демонстрации или лабораторни занятия.

Стъпка 1: Някои теоретични бележки

Когато твърд обект се върти около оста, неговите части описват обиколки, концентрични към тази ос. Времето, необходимо на една от тези страни да завърши обиколката, се нарича период на въртене. Периодът и честотата са реципрочни величини. В Международната система от единици периодът е даден в секунди (и) и честотата в херци (Hz). Някои инструменти за измерване на честотата на въртене дават стойности в обороти в минута (об / мин). За да конвертирате от Hz в rpm, просто умножете стойността по 60 и ще получите rpm.

Стъпка 2: Материали и инструменти

• Малък слънчев панел (100 мм * 28 мм)

• LED фенерче

• Отразяваща лепяща лента

• Черна електрическа лента

• Електрически кабел

• Кабелни връзки

• Горещ силиконов пистолет

• Поялник и калай

• Три парчета дърво (45 мм * 20 мм * 10 мм)

• Цифров осцилоскоп със сондата

• Въртящ се обект, към който искате да измерите неговата честота на въртене

Стъпка 3: Принцип на работа

Когато светлината удари обект, една част се абсорбира, а друга се отразява. В зависимост от характеристиките на повърхността и цвета на обекта, тази отразена светлина може да бъде повече или по -малко интензивна. Ако характеристиките на част от повърхността се променят произволно, да речем, като я нарисуваме или като я залепим върху сребърна или черна самозалепваща лента, можем умишлено да предизвикаме промяна в интензитета на светлината, отразена в тази област. Тук нямаше да правим „ПРОСЛЕДЯВАНЕ НА СЕНКИ“, но бихме причинили промяна в характеристиките на отразеното осветление. Ако обект при въртене е осветен от източник на светлина и слънчевият панел е поставен правилно, така че част от отразената светлина да падне върху него, напрежение трябва да се появи на неговите клеми. Това напрежение има пряка връзка с интензитета на светлината, който получава. Ако сменим повърхността, интензитетът на отразената светлина се променя, а с нея и напрежението на панела. Този панел може да бъде свързан към осцилоскоп и да идентифицира промени във напрежението по отношение на времето. Ако можем да идентифицираме кохерентна и повтаряща се промяна в кривата, измервайки времето, необходимо за повторение, бихме определили периода на въртене, а с него и честотата на въртене косвено, ако го изчислим. Някои осцилоскопи са в състояние автоматично да изчисляват тези стойности, но от гледна точка на преподаването е продуктивно учениците да го изчислят. За да опростим тази експериментална дейност, първоначално бихме могли да използваме обекти, които се въртят при постоянни обороти и за предпочитане симетрични по отношение на оста на въртене.

Обобщавайки:

1. Обект, който се върти непрекъснато, отразява светлината, която пада върху него.

2. Интензитетът на светлината, отразена от въртящия се обект, зависи от цвета и характеристиките на повърхността му.

3. Напрежението, което се появява на слънчевия панел, зависи от интензитета на отразената светлина.

4. Ако характеристиките на част от повърхността са умишлено променени, интензитетът на светлината на отразената светлина в тази част също ще се промени, а с нея и напрежението в слънчевия панел.

5. Периодът на обекта по време на въртене може да бъде определен чрез измерване на времето, изминало между две точки с идентични стойности на напрежение и поведение с помощта на осцилоскоп.

Стъпка 4: Проектиране, изграждане и изпълнение на експеримента

1. Запояйте два електрически проводника към слънчевия панел. 2. Покрийте електрическите контакти на панела с горещ силикон, за да избегнете късо съединение.

3. Изградете дървената опора, като съедините с горещ силикон или друго лепило трите парчета дърво, както се вижда на изображението.

4. Залепете слънчевия панел към дървената опора с горещ силикон, както е показано на снимката.

5. Залепете фенера към дървената опора, както е показано на снимката, и го закрепете с пластмасови връзки.

6. Закрепете електрическите проводници на панела с друг фланец към дървената опора.

7. Поставете върху обекта, който искате да изучите, лента с черна лента и след това сребърна лента, както се вижда на изображението.

8. Стартирайте въртенето на обекта, който искате да изучавате.

9. Свържете правилно сондата на осцилоскопа към проводниците на слънчевия панел.

10. Настройте правилно осцилоскопа си. В моя случай разделенията на напрежението бяха 500mv и разделенията на времето 25ms (това ще зависи от скоростта на въртене на обекта).

11. Поставете експерименталния апарат, който току -що сте сглобили, на място, където светлинните лъчи се отразяват върху повърхността, която се върти и удря слънчевия панел (помогнете си от това, което виждате в осцилоскопа, за да получите крива с по -изразени промени).

12. Дръжте експерименталния апарат фиксиран в правилното положение за няколко секунди, за да видите дали резултатите от кривата остават постоянни.

13. Спрете осцилоскопа и анализирайте кривата, за да определите кои позиции отговарят на черната лента и кои на сребърната лента. В моя случай, тъй като електромоторът, който изучавах, беше златист, промените, причинени от лентата, станаха по -забележими.

14. Използвайки курсорите на осцилоскопа, измерете изминалото време между точките с фазово равенство, първо за лентата, а след това за сребърната лента и ги сравнете (те трябва да са еднакви).

15. Ако вашият осцилоскоп не изчислява автоматично обратната стойност на периода (честота), направете го. Можете да умножите предишната стойност с 60 и по този начин да получите оборотите.

16. Ако имате стойността kv или оборотите на волт (в случай, че това е двигател, който предлага тези характеристики), умножете стойността kv с входното напрежение, сравнете резултата с този, получен от вас по време на експеримента и стигнете до изводи.

Стъпка 5: Някои заключителни бележки и препоръки

• Удобно е първоначално да проверите състоянието на калибриране на вашия осцилоскоп, за да получите надеждни резултати (използвайте калибриращия сигнал, предлаган от осцилоскопа, който обикновено е 1 kHz).
• Регулирайте правилно вашата сонда за осцилоскоп. Трябва да видите правоъгълни импулси, които не са деформирани, ако използвате сигнала, генериран от самия осцилоскоп (вижте изображението).
• Проучете времето за реакция на електричеството с производителя на вашия слънчев панел (лист с данни). В моя случай той беше много по -нисък от периода на въртене на електродвигателя, който изучавах, така че не взех предвид влиянието му върху направените измервания.
• Сравнете резултатите, получени по този метод, с тези, получени чрез търговски инструмент, и разгледайте предимствата и недостатъците на двете.

Както винаги ще бъда внимателен към вашите предложения, коментари и въпроси. Успех и продължавай с предстоящите ми проекти!

Второ място в научния конкурс в класната стая