Перекачування води з використанням енергії вітру

Перекачування води за допомогою енергії вітру

Коли воду треба транспортувати на великі відстані, пагорби й гори можуть заважати.

Насоси з вітровим приводом дають добру альтернативу, надто якщо зважити на гарні вітрові умови на підвищеннях.

За допомогою ефекту сифона в цьому досліді показано, як воду можна перекачати через найвищу точку енергією вітру.

Попередні знання

За законом збереження енергії вода не може дістати додаткової потенціальної енергії, якщо ззовні не діють жодні сили.

Принцип

За допомогою насоса воду можна перекачати на певну висоту залежно від потужності. Проте якщо скористатися силами когезії води, то вдається подолати значно більші висоти, ніж дає змогу насос.

У цьому досліді сили когезії дбають про те, щоб вода лишалася суцільною і струмінь води не розривався.

Навчальна мета

Учні усвідомлюють ефект сифона і знають, чому сили когезії мають вирішальне значення.

Вказівка

У насосі не має бути повітря, бо через нього потужність перекачування спадає. Щоб видалити наявне повітря, джерело напруги слід кілька разів увімкнути й вимкнути, за потреби нахиливши при цьому насос. Допомогти може й легке постукування насосом по дну ванночки.

Радимо брати дистильовану воду, щоб уникнути вапняних відкладень.

Повітродувку дозволено живити напругою щонайбільше 12 В.

Сифон

Сифон - це конструкція, якою можна перевести рідину з посудини в посудину, розташовану нижче. При цьому посудину можна не чіпати, її не треба нахиляти.

Сили когезії

Сили когезії - це сили притягання між однаковими молекулами, які утримують речовину (напр. воду) вкупі.

• З лівого боку демонстраційної дошки ретельно закрутити обидва тримачі із затискачами і закріпити в них повітродувки.
• З'єднати нижню повітродувку з виходом постійної напруги блока живлення, а верхню увімкнути паралельно до нижньої.
• Блок живлення вимкнено.
• Закріпити на вітрогенераторах по 6 лопатей ротора. Для доброго результату матовий бік роторів має бути відвернений від повітродувок.
• Розмістити вітрогенератори, кожен на магнітному затискному тримачі, перед повітродувкою так, щоб відстань становила приблизно 5 см.

Схема досліду

• Скласти електричне коло за рисунком. При цьому зважати на полярність насоса.
• Спрямувати повітродувки так, щоб вони створювали горизонтальний струмінь повітря вздовж дошки.
• Приблизно наполовину наповнити ванночку водою.
• Приєднати силіконовий шланг до насоса.
• За допомогою тримача поставити насос у ванночку.
• Прикласти масштабну лінійку перпендикулярно до поверхні води.

Висота шланга 30 см

• Тримати шланг так, щоб вода мусила подолати висоту щонайменше 30 см.
• Стежити, щоб вільний кінець шланга був над ванночкою і не лежав у воді. (Через це висота перекачування знизилася б через протитиск.)
• Увімкнути блок живлення й установити напругу 12 В.
• Спостерігати за насосом і шлангом.

• Виміряти висоту водяного стовпа в силіконовому шлангу.
• Повільно опускати найвищу точку шланга донизу, доки вода не почне витікати зі шланга. Зачекати приблизно 10 секунд.
• Повільно підняти найвищу точку шланга знову щонайменше на 30 см, стежачи при цьому, щоб отвір шланга був не вище ніж на 20 см.
• Спостерігати за насосом і шлангом.
• Вимкнути блок живлення.

Спостереження

Висота підняття води становить приблизно 20 см. Якщо опустити найвищу точку шланга нижче ніж на 20 см, вода тече шлангом назад у ванночку.

Якщо знову підняти найвищу точку шланга, вода тече далі, хоча долає висоту помітно більшу за 20 см.

За допомогою насоса досягають висоти приблизно 20 см. Додаткова висота можлива лише тому, що вода далі стікає назад щонайменше на висоту 20 см або ще нижче. У цьому разі вода за найвищою точкою тягне за собою воду перед нею завдяки силі когезії, бо саме вона дбає про те, щоб вода лишалася суцільною і струмінь води не розривався.