Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Сонячні батареї відіграють важливу роль у розвитку альтернативних, невикопних джерел енергії. Вони безпосередньо перетворюють світлову енергію в електричну. При цьому не утворюється жодних забруднюючих речовин, а самі фотоелементи можуть бути в значній мірі перероблені.
У цьому експерименті досліджується вплив освітленості на напругу при розімкнутому колі і силу струму при короткому замиканні. Освітленість можна змінювати, вибираючи відстань або кут освітлення. Вимірювання сили струму короткого замикання можливе, коли джерело замкнене, а напруга короткого замикання - коли коло переривається під час вимірювання.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні вміти збирати і розуміти просте електричне коло. Вони повинні бути знайомі з термінами "напруга" і "сила струму". В ідеалі, учні повинні бути знайомі з термінами "напруга розімкнутого кола" та " сила струму короткого замикання".
Принцип
Сонячний елемент - це електричний компонент, який поглинає променисту енергію (наприклад, у вигляді сонячного світла) і перетворює її в електричну енергію за допомогою фотоелектричного ефекту. Більшість сонячних елементів виготовляються з кремнію.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні мають зрозуміти, як освітленість впливає на роботу сонячного елемента.
Завдання
У першій частині експерименту вимірюється сила струму короткого замикання при замиканні сонячного модуля. Змінюється відстань і кут нахилу сонячного елемента до лампи розжарювання.
У другій частині експерименту вимірюється напруга холостого ходу при розмиканні електричного кола. Як і раніше, змінюється кут і відстань сонячного модуля з одночасним вимірюванням напруги.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
При вимірюванні сили струму короткого замикання в ідеалі в електричному колі не повинно бути ніякого опору. Вимірювальний прилад має внутрішній опір, який навантажує сонячний елемент. Тому діапазон вимірювання приладу не повинен бути меншим за 30 мА і не повинен змінюватися під час вимірювання.
При вимірюванні напруги холостого ходу електричне коло розімкнуто. Це добре видно по відсутності з`єднувального модуля, до якого був підключений амперметр.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Поле сонячних батарей
Сонячні батареї - надзвичайно важлива технологія для задоволення світових потреб в енергії з екологічно чистих джерел. Вони перетворюють сонячне світло в електрику без викидів шкідливих для довкілля речовин. З цієї причини має сенс працювати над оптимізацією сонячних елементів. Чим більше світла вловлює сонячний елемент, тим більше електроенергії він може виробити.
У цьому експерименті Ви дізнаєтесь, від яких параметрів залежить струм, що виробляється елементом. Зокрема, можна буде визначити напругу розімкнутого електричного кола та силу струму короткого замикання елемента.
Завдання
Як освітленість впливає на характеристики сонячного елемента?
Дослідіть наскільки освітленість впливає на струм короткого замикання та напругу розімкнутого кола сонячного елемента.
Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 2 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 4 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 5 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 6 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 7 | Сонячний елемент (3,3x6,5) см, зі штепсельними вилками, 0,5 В, 330 мА | 06752-09 | 1 |
| 8 | Тримач для сонячних елементів (3,3x6,5) см, зі штепсельними вилками | 06752-08 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 13 | Лампа розжарювання, 6 В/ 3 Вт, E10, 10 шт. | 35673-03 | 1 |
| 14 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 15 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
Зберіть експериментальну установку для вимірювання сили струму короткого замикання як показано на рисунках праворуч.
Помістіть сонячний елемент в тримач на з`єднувальному модулі і залиште лампочку вимкненою.
Виконання роботи (1/2)
Увімкніть лампочку.
Завдання 1: Встановіть сонячний елемент у положення 1, розташуйте світильник так, щоб він був перпендикулярний до лампочки. Повертайте сонячний елемент в різні напрямки, щоб змінити кут падіння світла. Спостерігайте за струмом короткого замикання.
Завдання 2: Знову встановіть сонячний елемент у положення 1 вертикально, виміряйте силу струму короткого замикання і внесіть виміряні значення в таблицю в протоколі.
Завдання 3: Повторіть це вимірювання для інших положень (2-7), але не змінюйте діапазон вимірювання.
Вимкніть лампочку.
Виконання роботи (2/2)
Щоб виміряти напругу розімкнутого кола , змініть експериментальну установку як показано на рисунках. Сонячний елемент і вимірювальний прилад під'єднайте до роз'ємів модуля разом. Увімкніть лампочку.
Завдання 4: Виміряйте напругу розімкнутого кола при різних положеннях (1-7) сонячного елемента і занесіть їх у таблицю. Вимкніть лампочку.
Завдання 5: Для всіх позицій (1-7) встановіть відстань сонячного елемента від лампочки і занесіть його в таблицю в протоколі.
Протокол
Таблиця 1
Позиція 6: I_0 [мА]:
Позиція 4: I_0 [мА]:
Позиція 5: I_0 [мА]:
Позиція 7: I_0 [мА]:
Запишіть свої вимірювання для завдань 2 - 5 таблицю.
Позиція 3: I_0 [мА]:
Позиція 2: I_0 [мА]:
I_0 [мА]:
2
3
4
5
6
7
1
№
Позиція 1: U_0 [V]:
Позиція 2: U_0 [V]:
Позиція 3: U_0 [V]:
Позиція 4: U_0 [V]:
Позиція 5: U_0 [V]:
Позиція 6: U_0 [V]:
Позиція 7: U_0 [V]:
Позиція 1: a [мм]
Позиція 2: a [мм]
Позиція 3: a [мм]
Позиція 4: a [мм]
Позиція 5: a [мм]
Позиція 6: a [мм]
Позиція 7: a [мм]
Побудуйте два графіки, де на осі відкладається відстань , а на осі значення і .
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Вставте слова в тексті! При зміні відстані a змінюється ____ на одиницю площі, а отже, і ____ сонячного елемента. Таким чином, при збільшенні відстані сила струму ____, а при зменшенні відстані - ____. При зміні освітленості ____ змінюється дуже незначно.