Загальна інформація
Застосування
Вітро-воднева установка
Енергію вітру можна за допомогою вітрогенератора та електролізера перетворити на водень і зберегти.
У цьому досліді від вітро-водневої установки живлять невеликий двигун і лампу розжарювання. При цьому насамперед досліджують, як обидва споживачі поводяться на початку та наприкінці подавання водню.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Для виконання досліду слід знати загальні основи електротехніки (паралельне та послідовне з'єднання). Крім того, передбачається безпомилкове поводження з приладами.
Принцип
Після того як енергію вітру подано в електричне коло, починається розділення води на водень і кисень. Щойно накопичені кількості газу починають живити паливний елемент, можна дістати електричну енергію і живити споживач у цьому колі.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні дізнаються, як за допомогою вітрової установки та електролізера вода розділяється на водень і кисень. Крім того, через подавання накопичених газів у паливний елемент вони здобувають знання про вироблену завдяки цьому електричну енергію.
Інша інформація (3/3)
Вказівки щодо складання та виконання
- Для резервуара з газом використовуй лише дистильовану воду.
- Максимальна напруга електролізера становить 4 В, максимальна сила струму - 2 А.
- Перед виконанням електролізер має пропрацювати близько 2 хв на холостому ходу.
Подвійний електролізер PEM за напруги 4,0 В має силу струму щонайменше 0,6 А (номінальні значення). Якщо сила струму електролізера менша, то за тривалішої роботи вона зазвичай поступово зростає. Якщо цього не відбувається, обидва виводи електролізера потрібно замкнути накоротко на одну хвилину або й на довше.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
Вітрова установка виробляє 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.
Обладнання
Складання та виконання
Складання (1/4)
- З лівого боку демонстраційної дошки міцно пригвинти обидва тримачі із затискачем і закріпи в них повітродувки.
- Нижню повітродувку з'єднай з виходом постійної напруги блока живлення, а верхню під'єднай паралельно до нижньої.
- Блок живлення вимкнений.
- Закріпи на вітрогенераторах по 6 лопатей ротора. Для доброго результату матовий бік роторів має бути відвернений від повітродувок.
- З'єднай вітрогенератори послідовно і підготуй їх до вмикання в електричне коло.
Складання (2/4)
Складання з резервуарами для зберігання газу
- Склади електричне коло для електролізера.
- 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 шланг і перекрий його затискачем.
- Простеж, щоб резервуар біля негативного полюса електролізера був з'єднаний зі стороною паливного елемента для , а резервуар з позитивного боку - зі стороною для .
Складання (3/4)
Патрубки відкриті,
отвір для повітря закритий
- Відкрий затискачі шлангів і від'єднай шланги від паливного елемента.
- Тримай шланги догори і наповни резервуари для зберігання газу дистильованою водою до нижньої позначки, так щоб вода стекла в нижню частину резервуарів. Знову закрий затискачі шлангів і з'єднай шланги з паливним елементом.
- Відкрий вихідні патрубки паливного елемента і закрий отвір для подачі повітря (див. рисунок).
Наповнення резервуарів
Складання (4/4)
- Увімкни в коло двигун, а між паливним елементом і двигуном постав мультиметри ADM3 для вимірювання напруги і сили струму .
- Нижню повітродувку з'єднай з виходом постійної напруги блока живлення.
- Блок живлення вимкнений.
Виконання (1/2)
Виконання досліду з двигуном
- Увімкни блок живлення і встанови напругу .
- Коли резервуар для зберігання водню наповнений щонайменше газу, відкрий затискачі шлангів і вимкни блок живлення.
- Коли двигун зупиниться, простеж за виміряними значеннями і знову увімкни блок живлення.
- Через хвилину закрий затискач шланга з боку водню, а коли двигун зупиниться - знову відкрий його.
Виконання (2/2)
Виконання досліду з лампою розжарювання
- Приблизно через хвилину знову закрий затискачі шлангів.
- Дай виміряним значенням спасти якомога нижче і заміни двигун на патрон з лампою розжарювання .
- Відкрий затискач шланга і спостерігай за лампою розжарювання та виміряними значеннями.
- Вимкни блок живлення.
Опрацювання результатів (1/3)
Питання
Опрацювання результатів (2/3)
Перетягни слова у правильні поля! Обидва вітрогенератори завдяки послідовному з'єднанню досягають напруги холостого ходу близько 6,5V. Після під'єднання ____ напруга спадає приблизно до 3,13 В. Її вистачає, щоб розділити воду і утворити невеликі кількості водню та ____. Хоча газ виникає в електролізері одразу після вмикання блока живлення, спершу має утворитися достатній ____, щоб ____ дійшов до паливного елемента і двигун запрацював.
Опрацювання результатів (3/3)
-vKjNgnMJ.avif)
- Якщо відкрити затискач шланга тоді, коли газ уже накопичився, то концентрований водень через надлишковий тиск надходить до паливного елемента і двигун запускається одразу. При цьому виникає пік, бо двигун ривком долає тертя.
- Оскільки лампа розжарювання потребує помітно більше електричної енергії, вона гасне досить швидко, бо виробленої кількості газу не вистачає. Проте струм тече й далі, бо нитка розжарювання є провідником, тож залишкову потужність можна виміряти.