Нагрівання води параболічним жолобом з ADM3

Параболічний жолоб

Нагрівання води параболічним жолобом

Увігнуті дзеркала, які збирають сонячне випромінювання у фокусі й дають велику температуру, наприклад для готування їжі, люди використовували здавна.

Дзеркало, застосоване в цьому досліді, має форму параболічного (або півкруглого) жолоба і замість фокуса має фокальну лінію.

Воно є прикладом дзеркал, які застосовують у великих електростанціях із параболічними жолобами. Там на фокальній лінії розміщена трубка з рідиною. Її нагрівають до кипіння, і через турбіни можна виробляти електричний струм.

Попередні знання

Для цього досліду мають бути відомі основні поняття вчення про теплоту.

Принцип

Параболічні дзеркала збирають світло Сонця у фокусі. Натомість параболічні жолоби мають фокальну лінію, на якій дуже ефективно нагріваються, наприклад, трубки.

У досліді чорну пробірку, наповнену водою, освітлюють лампою з рефлектором і досліджують вплив параболічного жолоба за різних схем складання досліду.

Навчальна мета

Учні усвідомлюють, що завдяки поглинанню світла вода в параболічному жолобі нагрівається.

Додатково вимірюють нагрівання води в пробірці без параболічного жолоба і поза фокальною лінією.

• Параболічні жолоби збирають сонячне світло і зосереджують його на фокальній лінії.
  
• На фокальній лінії розміщена абсорберна трубка.
  
• У цій трубці теплоносій можна нагріти до дуже високої температури.
  
• Здобуту в цьому процесі пару можна використати для вироблення електричного струму.

• Поставити на дошку два магнітні затискні тримачі.
  
• Відміряти відстань між затискними тримачами приблизно 21 см, щоб пробірку і параболічне дзеркало можна було зручно затиснути.
  
• Наповнити пробірку холодною водою. Поверхня води при цьому має бути видима приблизно на 1 мм вище за пофарбовану в чорне частину.
  
• Надіти нагвинчувану кришку з ущільненням 8 мм.

• Скласти дослід за рисунком.
  
• Затиснути параболічне дзеркало на пробірці і вставити пробірку в тримачі з ручкою так, щоб нагвинчувана кришка була біля верхнього тримача.
  
• Вирівняти параболічний жолоб паралельно до дошки (відстань обох бічних країв від дошки однакова).
  
• Уставити занурювальний зонд у пробірку, а тоді обкласти кабель навколо стрижня і тримача так, щоб зонд утримувався в пробірці якомога вертикальніше і не впирався в стінку.

• Тримач із затискачем розмістити на верхньому краї дошки над сонячною батареєю і ретельно закрутити.
• Закріпити в ньому штативний стрижень із лампою і спрямувати її на сонячний елемент.
• Відстань між серединою сонячного елемента і передньою частиною лампи має становити приблизно 35 см.

Схема досліду

Частина досліду 1: пробірка на фокальній лінії

• Записати початкову температуру в таблицю в опрацюванні результатів.
  
• Увімкнути лампу.
  
• Завершити вимірювання через 5 хвилин.
  
• Кінцеву температуру також записати в опрацювання результатів.
  
• Вимкнути лампу.

Частина досліду 2 - пробірка поза фокальною лінією

• Вийняти пробірку з тримачів і зняти параболічний жолоб. Спорожнити пробірку, охолодити скло під
  краном і витерти насухо.
  
• Налити нової холодної води і знову вставити пробірку в тримачі.
  
• За допомогою 3 модулів поставити параболічний жолоб вертикально позадупробірки.
  
• Увімкнути лампу і повторити вимірювання.

Частина досліду 3: складання без параболічного жолоба

• Зняти параболічний жолоб, для останнього вимірювання він не потрібен
  
• Знову охолодити пробірку і витерти насухо, наповнити холодною водою і вставити в тримачі.
  
• Увімкнути лампу і знову розпочати вимірювання.
  
• Через 5 хвилин завершити вимірювання і вимкнути лампу.

Початкова темп. Кінцева темп. Приріст темп.
у °C у °C у °C

Складання Початкова темп. Кінцева темп. Приріст темп.
у °C у °C у °C

Пробірка
на фокальній
лінії

Пробірка
поза фокальною
лінією

Пробірка
без жолоба