Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Сонячна енергія може бути перетворена в електричну за допомогою сонячної батареї.
Це дуже важливий вид енергії як у домашньому господарстві, так і в промисловості, оскільки її можна легко перетворити на інші види енергії, такі як тепло, світло або механічну енергію (рух).
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні мають набути свій перший експериментальний досвід роботи з джерелом живлення.
Принцип
Червоний світлодіод потребує напруги живлення близько 2 В, тож він не може працювати від одного сонячного елемента.
Набір обладнання містить сонячну батарею, яка забезпечує необхідну напругу. Цей експеримент демонструє, як можна об'єднати окремі сонячні елементи для отримання такої ж напруги, як від сонячної батареї: для цього їх з'єднують послідовно, щоб їхні напруги складалися. Цей принцип також використовується в сонячній батареї.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Цей експеримент знайомить учнів з принципом перетворення сонячної енергії в електричну. Експеримент полягає у спробі увімкнути світлодіод.
Завдання
В експерименті світлодіод працює за допомогою сонячного елемента/сонячної батареї.
Учні освітлюють сонячний елемент/сонячну батарею і спостерігають за світлодіодом, підключеним до неї.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
В експерименті робиться спроба керувати світлодіодом з одним і двома сонячними елементами, але це не спрацьовує. Під час аналізу учні мають зробити висновок, що для успішної роботи необхідно послідовно з'єднати чотири сонячні елементи.
Цю гіпотезу можна перевірити в додатковому експерименті. У ньому дві дослідницькі групи мають зібрати свої схеми разом. Одна група має замінити свій світлодіод на прямий лінійний з'єдувальний модуль. Схема складена таким чином, щоб довша сторона була освітлена галогенною лампою.
Якщо є можливість проводити експеримент на відкритому повітрі або біля вікна, галогенну лампу і тримачі для сонячних елементів можна не використовувати. В цьому випадку достатньо сонячного світла як джерела енергії.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Декоративні сонячні ліхтарики
Сонячні батареї можна використовувати для перетворення світлової енергії сонця в електричну.
Однак кількість виробленої електроенергії також має бути достатньою для роботи електричних пристроїв.
Якими побутовими пристроями можна добре користуватися, живлячись лише від сонячних батарей?
Завдання
Експериментальна установка
Увімкніть сонячну батарею і поспостерігайте за підключеним до неї світлодіодом.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 2 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 4 | Світлодіод, червоний, модуль SB | 05654-00 | 1 |
| 5 | Сонячний елемент (3,3x6,5) см, зі штепсельними вилками, 0,5 В, 330 мА | 06752-09 | 2 |
| 6 | Тримач для сонячних елементів (3,3x6,5) см, зі штепсельними вилками | 06752-08 | 1 |
| 7 | Сонячна батарея, 4 елементи, з кабелем, роз'ємами | 06752-22 | 1 |
| 8 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 11 | Галогенна лампа з рефлектором, 12 В / 20 Вт | 05780-00 | 1 |
| 12 | Тримач для галогенних ламп із рефлектором | 05781-00 | 1 |
| 13 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 14 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 15 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
- Помістіть галогенну лампу в одну половину основи штатива і підключіть її до виходу змінного струму блоку живлення (12 В~), як показано на рисунку 1. Блок живлення вимкнений.
- Зберіть схему зі світлодіодом, як показано на рисунку 2.
- Вирівняйте електричне коло з лампою, як показано на рис. 3. Відстань має становити приблизно 17 см (рис. 3).
- Підключіть сонячну батарею до електричного кола (рис. 4).
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
Виконання роботи (1/4)
Рисунок 5
Експеримент 1
- Увімкніть блок живлення. Помістіть сонячну батарею на модулі та притримуйте її ззаду.
- Вирівняйте її так, щоб вона освітлювалася по центру галогенною лампою (рис. 5).
- Чи світиться світлодіод? Запишіть свої спостереження.
Виконання роботи (2/4)
Експеримент 2
- Встановіть сонячну батарею в тримач.
- Підключіть сонячний елемент замість сонячної батареї і встановіть його на тому ж місці.
- Чи світиться світлодіод? Запишіть свої спостереження.
Виконання роботи (3/4)
Експеримент 3
- Прикріпіть другий сонячний елемент до тримача і з'єднайте їх послідовно.
- Поспостерігайте, що відбувається при освітленні двох сонячних елементів, і запишіть свої спостереження.
Виконання роботи (4/4)
Рисунок 6
Експеримент 4
- Підключіть мультиметр так, щоб можна було зчитувати напругу сонячної батареї.
- Встановіть діапазон вимірювання на 20 В постійного струму (20 В-).
- Запишіть значення напруги.
- Повторіть вимірювання для двох послідовно з'єднаних сонячних елементів. Запишіть це значення також.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Сонячна батарея генерує приблизно 0,5 В напруги.
Яку напругу генерують три послідовно з'єднані сонячні елементи?
Питання
Завдання 3
Вставте слова у відповідні пропуски Усі ____ потребують мінімальної кількості напруги та ____ для роботи. Якщо Ви хочете працювати з ____, відповідне електричне коло має виробляти достатню кількість енергії. Якщо напруги недостатньо, потрібно з'єднати більше елементів ____. Аналогічно, щоб збільшити силу струму, потрібно з'єднати більше елементів ____.