Загальна інформація
Застосування
Вольт-амперна характеристика і потужність паливного елемента PEM
За допомогою вольт-амперної характеристики можна описати, як поводиться джерело напруги при під'єднанні споживача і яку максимальну потужність воно може віддати.
Паливним елементом, як на рисунку, можна, наприклад, добре живити невелику лампу розжарювання на 1,5 і 150 , тобто з внутрішнім опором 10 .
У цьому досліді знімають виміряні значення для унаочнення вольт-амперної характеристики і порівнюють їх за різних режимів роботи.
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
У паливному елементі водень і кисень реагують з утворенням води, причому виникає електрична енергія . Електрична потужність залежить від величини опору навантаження. Цей паливний елемент можна живити як киснем, так і повітрям. Обидва режими роботи порівнюють між собою.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні дізнаються, як за допомогою паливного елемента, електролізера та декади опорів знімають виміряні значення для побудови вольт-амперної характеристики. Для цього порівнюють одержані електричні потужності за різних режимів роботи.
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
нелінійна характеристика сонячного елемента, джерело: wikipedia
- Характеристику здебільшого зображують на діаграмі (x) - (y).
- За характеристикою можна дослідити поведінку потужності.
- Через таке зіставлення можна зробити висновок про поведінку однієї величини залежно від іншої.
- Можна встановити фізичні зв'язки.
Наприклад, за лінійної характеристики між і є пропорційність, з чого випливає закон Ома:
Обладнання
Складання та виконання
Складання (1/3)
- Склади електричне коло для електролізера та паливного елемента (рисунок).
- Декаду опорів встановлюють на (розімкнено).
- Зверни увагу на полярність електролізера.
- Постав обидва резервуари для зберігання газу праворуч і ліворуч від електричного кола і з'єднай їх з електролізером та паливним елементом силіконовими шлангами. Силіконові шланги, що йдуть до паливного елемента, перекрий - кожен своїм затискачем.
Складання (2/3)
- Додай у коло мультиметри та блок живлення.
- Простеж, щоб резервуар біля негативного полюса електролізера був з'єднаний зі стороною паливного елемента для , а резервуар з позитивного боку - зі стороною для .
- Блок живлення вимкнений.
Складання (3/3)
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
Виконання (1/3)
- На блоці живлення встанови напругу 0 В і обмеження струму 2 А.
- Увімкни блок живлення.
- Встанови напругу на блоці живлення на 4 В.
- Перевір, що ручка декади опорів стоїть у положенні (розімкнено).
Виконання (2/3)
Частина досліду 1: режим «водень / кисень»
- Відкрий затискачі шлангів, зачекай 30 секунд і виміряй струм та напругу.
- Постав декаду опорів на .
- Виконай окреме вимірювання і внеси його до таблиці в опрацюванні результатів.
- Виконай подальші окремі вимірювання аж до положення перемикача (коротке замикання), щоразу вичікуючи перед вимірюванням знову 30 с. Наприкінці вимкни блок живлення і знову постав декаду на .
Виконання (3/3)
Частина досліду 2: режим «водень / повітря»
- З боку кисню паливного елемента закрий затискач шланга і зніми шланг із вхідного отвору.
- Зніми гумові ковпачки з отворів для подачі повітря.
- Увімкни блок живлення і зачекай близько 2 хвилин, доки встановиться стала напруга.
- Виконай вимірювання так само, як у частині досліду 1.
- Вимкни блок живлення.
Опрацювання результатів (1/3)
Частина досліду 1: режим «водень / кисень»
Опір 0 0,1 0,33 1 2,2 3,3 10 22 33 100 330
Сила струму
Напруга
Потужність
R=0, I=
R=0,1, I=
R=0,33, I=
R=1, I=
R=2,2, I=
R=3,3, I=
R=10, I=
R=22, I=
R=33, I=
R=100, I=
R=330, I=
R=нескінченність, I=
R=0, U=
R=0,1, U=
R=0,33, U=
R=1, U=
R=2,2, U=
R=3,3, U=
R=10, U=
R=22, U=
R=33, U=
R=100, U=
R=330, U=
R=нескінченність, U=
R=0, P=
R=0,1, P=
R=0,33, P=
R=1, P=
R=2,2, P=
R=3,3, P=
R=10, P=
R=22, P=
R=33, P=
R=100, P=
R=330, P=
R=нескінченність, P=
Опрацювання результатів (2/3)
Частина досліду 2: режим «водень / повітря»
Опір 0 0,1 0,33 1 2,2 3,3 10 22 33 100 330
Сила струму
Напруга
Потужність
R=0, I=
R=0,1, I=
R=0,33, I=
R=1, I=
R=2,2, I=
R=3,3, I=
R=10, I=
R=22, I=
R=33, I=
R=100, I=
R=330, I=
R=нескінченність, I=
R=0, U=
R=0,1, U=
R=0,33, U=
R=1, U=
R=2,2, U=
R=3,3, U=
R=10, U=
R=22, U=
R=33, U=
R=100, U=
R=330, U=
R=нескінченність, U=
R=0, P=
R=0,1, P=
R=0,33, P=
R=1, P=
R=2,2, P=
R=3,3, P=
R=10, P=
R=22, P=
R=33, P=
R=100, P=
R=330, P=
R=нескінченність, P=
Опрацювання результатів (3/3)
Спостереження
В обох режимах роботи криві потужності мають максимум, який лежить приблизно за напруги:
і за опорів близько
Питання