Сонячно-воднева установка і паливний елемент PEM з Cobra SMARTsense

Накопичувати сонячну енергію потрібно, бо вона доступна не цілодобово. Середовищем для накопичення в майбутньому міг би слугувати водень.

Виробляючи водень електролізером, його можна зберігати в резервуарах з газом. Після подальшого подавання водню в паливний елемент виробляється електрична енергія, і споживач може її використати.

У цьому досліді учні знайомляться з цим принципом на прикладі сонячно-водневої установки.

Попередні знання

Для виконання досліду слід знати загальні основи електротехніки (паралельне та послідовне з'єднання).

Принцип

Щоб можна було використати гази, які утворюються під час електролізу, потрібен паливний елемент. Він при подаванні обох газів створює електричну напругу, а з газів знову утворюється вода.

Навчальна мета

Учні здобувають знання про розділення води на водень і кисень за допомогою електролізера. Крім того, опрацьовують, як паливний елемент цим способом виробляє енергію і може живити споживач.

Завдання

У першій частині досліду якісно досліджують, як можна живити двигун від сонячно-водневої установки і чи достатньо для цього газів, що містяться в повітрі. У другій частині досліду має відбутися кількісне дослідження установки.

Цей дослід можна розширити вмістом доповненої реальності!

Із застосунком PHYWE AR і датчиками Cobra SMARTsense ви вимірюєте наживо в доповненій реальності – бездротово та інтуїтивно.

Реальні значення зливаються в реальному часі з віртуальними сценами
і роблять природничі науки наочними та
відчутними на межі предметів.
Небезпечне стає безпечним, абстрактне - відчутним
а невидиме - видимим, задля безпечного,
захопливого і тривкого результату навчання.

Докладніше - натисніть
тут або скануйте QR-код.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.

wikipedia - приклад електролізу води

Енергія перетворюється сонячним елементом на електричну енергію. Завдяки цій енергії електролізер розпочинає електроліз води. Вода розкладається на водень і кисень.

Рівняння реакції має вигляд:

Коли потрібна енергія, водень за допомогою паливного елемента можна знову перетворити на електричну енергію.

Частина досліду 1: якісний дослід

• Склади за рисунком електричне коло для електролізера та паливного елемента.
• Зверни увагу на полярність електролізера та паливного елемента.
• З'єднай сонячні батареї послідовно і під'єднай їх до електролізера.
• Для цього з'єднай червоний штекер з позитивним полюсом, а синій штекер - з негативним полюсом.

• Постав обидва резервуари для зберігання газу праворуч і ліворуч від електричного кола і з'єднай їх з електролізером силіконовими шлангами.
• До вільного кінця кожного з двох резервуарів приєднай ще один силіконовий шланг і перекрий його затискачем.
• Наповни резервуари для зберігання газу дистильованою водою до нижньої позначки.

• Відкрий затискачі шлангів і тримай шланги догори, щоб вода стекла в нижню частину резервуарів з газом.
• Закрий затискачі шлангів і з'єднай шланги з вхідними патрубками паливного елемента.
• Простеж, щоб резервуар біля негативного полюса електролізера був з'єднаний зі стороною паливного елемента для , а резервуар з позитивного боку - зі стороною для .
• Відкрий вихідні патрубки паливного елемента і закрий отвір для подачі повітря (див. рисунок).

• Розмісти тримач із затискачем на верхньому краї дошки над сонячною батареєю і ретельно закрути.
• Закріпи в ньому штативний стрижень із лампою і спрямуй її на сонячну батарею.
• Відстань між серединою сонячної батареї і передньою частиною лампи має становити приблизно 35 см.

measureAPP для операційних систем Android

measureAPP для операційних систем iOS

measureAPP для планшетів / ПК з Windows 10

• Заміни один із двох прямих з'єднувальних модулів на розімкнутий.
• Увімкни між паливним елементом і двигуном датчик Cobra SMARTsense Current.
• Датчик Cobra SMARTsense Voltage під'єднують ліворуч і праворуч від паливного елемента.
• Отже, вимірюють струм у напрямку двигуна, а також напругу на паливному елементі.

Частина 1 - якісний дослід

• Спрямуй лампу так, щоб світловий конус падав на обидві сонячні батареї однаковою мірою і по змозі перпендикулярно.
• Увімкни лампу і спостерігай за електролізером.
• Коли обидва резервуари для зберігання газу наповнені щонайменше газу, спершу відкрий затискач шланга з боку кисню паливного елемента.
• Спостерігай за двигуном.

• Відкрий отвір для подачі повітря паливного елемента і спостерігай за двигуном.
• Відкрий затискач шланга з боку водню паливного елемента і спостерігай за двигуном далі.
• Вимкни лампу.
• Закрий затискачі шлангів.

measureAPP

Частина досліду 2: кількісний дослід

• Увімкни Cobra SMARTsense Voltage, утримуючи кнопку на датчику 3 секунди.

• Відкрий measureAPP на планшеті чи смартфоні й переконайся, що кінцевий пристрій може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.

• Вибери для з'єднання датчик "Cobra SMARTsense Voltage".

• Увімкни датчик Cobra SMARTsense Current і так само з'єднай його з measureAPP.

Схема досліду

• Запусти вимірювання за допомогою measureAPP.
• Увімкни лампу і зачекай, доки в одному з двох резервуарів для зберігання газу не буде щонайменше газу.
• Вимкни лампу.
• Знову спершу відкрий затискач шланга з боку кисню, а потім з боку водню паливного елемента.
• Уважно спостерігай при цьому за двигуном і запиши напругу та силу струму.

• Зчитай максимальну напругу та силу струму датчиками Cobra SMARTsense через measureAPP.
• Обчисли з цих значень потужність і внеси її до таблиці.

Напруга Струм Потужність

Частина досліду 1

Якісний дослід