Перетворення теплової енергії в рух

Інформація для вчителів

Опис

Експериментальна установка

Енергія існує в різних формах і не може бути ні створена, ні знищена.

Один з найбільших викликів науки - знайти способи перетворення енергії з природних джерел на енергію, яку може використовувати людина.

Елемент Пельтьє - це фізичний компонент, який може перетворювати теплову енергію (у вигляді різниці температур) в електричну.

В свою чергу, електричний струм може використовуватися, наприклад, для приведення в рух механічних компонентів.

Додаткова інформація для вчителів (1/3)

Попередні знання

Додаткова інформація для вчителів, ілюстрація 1 з 2

Учні повинні бути знайомі з основними формами енергії та поняттям про те, що енергія може бути перетворена з однієї форми в іншу.

Принцип

Додаткова інформація для вчителів, ілюстрація 2 з 2

Учні знайомляться зі способом перетворення теплової енергії в кінетичну за допомогою елемента Пельтьє. Для цього до елемента Пельтьє підносять теплий предмет і з'єднують його з механічним компонентом, що приводиться в дію електричним струмом (вертушкою).

Спостерігаючи за вертушкою та його конструкцією, тепер можна зрозуміти процес перетворення енергії.

Додаткова інформація для вчителів (2/3)

Мета навчання

Учні дізнаються, що термогенератор може виробляти механічну енергію, використовуючи холод і тепло.

Завдання

Створіть різницю температур над елементом Пельтьє різними методами, а потім поспостерігайте за поведінкою вертушки з електроприводом.

Додаткова інформація для вчителів (3/3)

Зауваження щодо підготовки та виконання роботи

Між двома експериментами має пройти достатньо часу, щоб обидві сторони термогенератора знову охололи до кімнатної температури і термоелектрична напруга повернулася до нуля.
На робочому столі вчителя має бути гаряча вода (приблизно 60°C), а також подрібнений лід.

Інструкції з техніки безпеки

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.

Інформація для учнів

Мотивація

Потяг, що рухається

Кінетична енергія - одна з найважливіших форм повсякденної енергії, яка дозволяє нам рухатися і подорожувати. Але автомобілі, потяги та інші транспортні засоби потребують багато енергії, щоб рухатися.

Оскільки енергія не може бути створена, людям доводиться перетворювати інші форми енергії на кінетичну енергію, щоб користуватися всіма цими корисними транспортними засобами.

Цей експеримент представляє цікавий приклад, який демонструє перетворення теплової енергії на кінетичну.

Завдання

Експериментальна установка

Чи можна використовувати тепло або холод для приведення в рух двигуна?

У цьому експерименті термопару під'єднано до двигуна.

Спробуйте привести двигун в дію, поставивши на термопару чашку з гарячою водою або кубики льоду.

Матеріал

Позиція	Матеріал	Пункт №.	Кількість
1	Двигун, 5 В, модуль SB	05660-00	1
2	З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB	05601-10	2
3	Теплогенератор для учнівських експериментів	05770-00	1
4	Лабораторний хімічний стакан, світлий, алюміній	05903-01	1
5	Лабораторний хімічний стакан, темний	05904-01	1
6	Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса	36011-01	1
7	Мензурка, низька, 400 мл	46055-00	1

Додаткові матеріали

Вода
Лід

Підготовка (1/2)

Малюнок 1

1. Термогенератор складається з алюмінієвого блоку, жовтого затискача і "елемента Пельтьє" (розташований між двома тонкими алюмінієвими пластинами).

2. Покладіть алюмінієвий блок на стіл меншою стороною вниз. Закріпіть елемент Пельтьє на алюмінієвому блоці за допомогою затискача так, щоб його більша сторона була спрямована вниз (рис. 1).

Підготовка (2/2)

Малюнок 2

3. Підключіть елемент Пельтьє до двигуна (рис. 2).

4.Переконайтеся, що червоний кабель підключений до позитивної клеми, а чорний кабель - до негативної клеми електродвигуна.

Виконання роботи (1/2)

Малюнок 3

Експеримент 1

1. Наповніть склянку (400 мл) наполовину гарячою водою.

2. Перелийте частину води в чорну чашку і поставте її на термопару (рис. 3).

3. За необхідності підштовхніть двигун, щоб він почав працювати. Поспостерігайте, в якому напрямку він обертається, і запишіть свої спостереження в протокол.

Виконання роботи (2/2)

Малюнок 4

Експеримент 2

1. Наповніть склянку (100 мл) подрібненим льодом.

2. Пересипте його в порожню склянку і додайте трохи талої або холодної води (склянка повинна бути наполовину заповнена водою).

3. Помістіть порожню чашку з льодом на термогенератор (рис. 4).

4. Зверніть увагу на напрямок обертання електродвигуна і запишіть в протокол.

Протокол

Завдання 1

Занотуйте свої спостереження, особливо щодо напрямку обертання.