Загальна інформація
Застосування
Сонячні елементи
В освоєнні альтернативних, невикопних джерел енергії сонячний елемент відіграє важливу роль. Він безпосередньо перетворює світлову енергію на електричну енергію. При цьому не утворюються шкідливі речовини, а самі елементи вже можна значною мірою переробляти.
Тому має сенс працювати над оптимізацією сонячних елементів. При цьому діє правило: що більше світла вловлює сонячний елемент, то більше струму він може виробити.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають уміти зібрати просте електричне коло і пояснити його. Їм мають бути звичними поняття напруги та сили струму. В ідеалі учні мають бути обізнані з поняттями напруги холостого ходу та сили струму короткого замикання.
Принцип
Напруга холостого ходу сонячного елемента при зменшенні освітленості знижується лише незначно.
Натомість зменшення освітленості істотно впливає на силу струму короткого замикання сонячного елемента.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні мають сформувати розуміння впливу освітленості на сонячний елемент.
Завдання
У першій частині досліду вимірюють силу струму короткого замикання: сонячний модуль замикають накоротко і при цьому вимірюють силу струму. Відстань і кут сонячного елемента щодо лампи розжарювання при цьому змінюють.
У другій частині досліду вимірюють напругу холостого ходу: для цього електричне коло розмикають. Як і раніше, змінюють кут і відстань сонячного модуля з одночасним вимірюванням напруги.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 2 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 |
| 4 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 1 |
| 6 | Сонячний елемент, 2,5 см x 5 см, модуль DB | 09470-00 | 1 |
| 7 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 8 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 9 | Тримач із затискачем для демонстраційної дошки | 02164-00 | 1 |
| 10 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=500 мм | 02032-00 | 1 |
| 11 | Ламповий патрон E27, з відбивачем, перемикачем, запобіжником | 06751-01 | 1 |
| 12 | Лампа розжарювання з рефлектором, 230 В/ 120 Вт | 06759-93 | 1 |
| 13 | Подвійна муфта, поворотна | 02048-04 | 1 |
| 14 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 1 |
| 15 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 1 |
| 16 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 1 |
| 17 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Збери дослід відповідно до рисунка.
- Закріпи лампу за допомогою штативного приладдя і тримача із затискачем на верхньому краї дошки, причому спочатку прямовисно над сонячним елементом.
- Сумісти нульову позначку масштабної лінійки з положенням лампи.
Складання (2/2)
- Сонячний елемент освітлює рефлекторна лампа. Її зміщують убік і щоразу наново спрямовують на сонячний елемент, щоб змінити освітленість. Зміщення лампи наочно показує добову зміну положення Сонця.
Виконання (1/3)
Якісний попередній дослід
Потужність сонячного елемента залежить від освітленості. Це демонструють за допомогою невеликого двигуна.
- Закріпи двигун на магнітній дошці за допомогою муфти, насади секторний диск і під'єднай двигун до сонячного елемента.
- Змінюй освітленість, починаючи при цьому з великої відстані лампи, тобто з малої освітленості. Спостерігай за двигуном.
При слабкому освітленні двигун обертається лише повільно. При дедалі сильнішому освітленні він стає швидшим. Цей ефект проявляється насамперед при малих освітленостях. Тому починати слід саме з них. Крім того, слід зважати на те, що двигун ще довго обертається за інерцією, навіть коли лампу, наприклад, уже вимкнено.
Виконання (2/3)
- Вибери діапазон вимірювання .
- Виміряй напругу холостого ходу і запиши результат вимірювання.
- Зміщуй лампу вбік кроками по і при всіх відстанях наново спрямовуй лампу на сонячний елемент.
- Щоразу записуй напругу холостого ходу.
Виконання (3/3)
- Перебудуй схему відповідно до рисунка.
- Вибери діапазон вимірювання .
- Виміряй силу струму короткого замикання і запиши результат вимірювання.
- Зменшуй відстань від лампи до сонячного елемента кроками по і при кожній відстані наново спрямовуй лампу.
- Щоразу вимірюй силу струму короткого замикання і записуй результати вимірювань.
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Було одержано такі результати вимірювань:
Таблиця 1
Опрацювання результатів
З результатів вимірювань випливають наведені поруч графіки. З них видно: напруга холостого ходу сонячного елемента при зменшенні освітленості знижується лише незначно. Натомість зменшення освітленості істотно впливає на силу струму короткого замикання сонячного елемента. Напруга холостого ходу - це максимальна напруга, яку джерело струму створює за відсутності навантаження; сила струму короткого замикання - це максимальне значення сили струму джерела струму.
