Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Вітер - це поняття, що використовується для опису повітряних потоків з області з високим атмосферним тиском в області з низьким атмосферним тиском.
Енергія, яку переносить вітер, може бути використана для виконання механічної роботи або для вироблення електроенергії.
Оскільки області високого і низького тиску є постійною і природною частиною клімату, енергія вітру вважається відновлюваною енергією.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями перетворення енергії та ентропії.
Принцип
У цьому експерименті створюється штучний потік повітря і спостерігається, як він може бути використаний вітровою турбіною для виробництва електроенергії.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні дізнаються про особливості роботи вітрових турбін.
Завдання
У цьому експерименті вентилятором створюється вітер різної сили. Вітрогенератор складається з ротора (кількох лопатей) і генератора.
Спостерігайте за лампочкою, підключеною до вітрогенератора, коли вентилятор створює вітер.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Відстань між вентилятором і генератором є лише приблизною. Вона не повинна перевищувати 10 см, інакше лампа буде слабо світити. Ручка регулювання сили струму встановлюється до упору вправо, щоб досягти напруги живлення 12 В для вентилятора.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Переконайтеся, що учні знаходяться позаду вентилятора і не простягають руки в простір між вентилятором і вітровою турбіною під час подачі напруги і обертання вітрової турбіни.
Інформація для учнів
Мотивація
Вітрова електростанція
Вітрові турбіни на вітроелектростанціях використовують повітряні потоки (так званий вітер), що створюються при врівноваженні областей з високим і низьким тиском, для виробництва електроенергії.
Оскільки атмосферний тиск теоретично ніколи не буде збалансований природними процесами, використання кінетичної енергії вітру є однією зі сталих відновлюваних форм енергії.
Вони відіграють важливу роль у забезпеченні людства енергією, як тільки запаси палива будуть вичерпані.
Завдання
Експериментальна установка
У цьому експерименті вентилятором створюється вітер різної сили. Вітрогенератор складається з ротора (кількох лопатей) і генератора.
Спостерігайте за лампочкою, підключеною до вітрогенератора, коли вентилятор створює вітер.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 2 |
| 3 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 4 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 5 | Ротор, 2 шт. | 05752-01 | 1 |
| 6 | Генератор з віссю різьби і гайками для кріплення | 05751-01 | 1 |
| 7 | Повітродувка, 12 В | 05750-00 | 1 |
| 8 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 11 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 12 | Лампи розжарювання, 1.5 В/ 0,15 A, E10, 10 шт. | 06150-03 | 1 |
Підготовка (1/3)
1. Зберіть експериментальну установку з двох регульованих ніжок (основи) штатива і двох штативних стрижнів (рис. 1 і 2).
2.Закріпіть вентилятор в лівій частині основи штатива, щоб сторона з розетками була спрямована в бік від довгих стрижнів (рис. 3).
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Підготовка (2/3)
3. Встановіть на вісь генератора два ротори один за одним (рис. 4).
4.Потім рівномірно розташуйте шість лопатей (крил) на відстані один від одного (рис. 5).
5.Встановіть генератор на опору і помістіть його на штативні стрижні (рис. 6).
Рисунок 4
Рисунок 5
Рисунок 5
Рисунок 6
Підготовка (3/3)
Рисунок 7
6. Вкрутіть лампочку на 4 В в патрон, під'єднайте її до з'єднувальних модулів і підключіть до генератора як показано на рис. 7.
7.Підключіть вентилятор до виходу постійного струму на блоці живлення (рис. 8). Блок живлення вимкнено.
Рисунок 8
Виконання роботи (1/2)
Рисунок 9
Рисунок 10
Експеримент 1
1.Перемістіть генератор так, щоб відстань між передньою частиною вентилятора і верхньою частиною генератора становила приблизно 5 см (рис. 9).
2.Увімкніть джерело живлення та поверніть ручку регулювання сили струму до упору вправо. Повільно повертайте ручку регулювання напруги вправо (рис. 10), і спостерігайте за лампочкою.
3.Опишіть своє спостереження в протоколі експерименту.
Застереження:Завжди стійте позаду вентилятора, коли є напруга і вітрогенератор обертається. Ніколи не простягайте руку в простір між вентилятором і вітрогенератором.
Виконання роботи (2/2)
Експеримент 2
1.Вимкніть блок живлення та зніміть вітрогенератор з опори. Увімкніть джерело живлення.
2.Тримаючи руку перед вентилятором, поверніть ручку регулювання напруги вправо.
3.Опишіть своє спостереження.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Яке рівняння описує електричну потужність , що виробляється з енергії вітру?
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: \eta; v; A; \rho; P ; =; · ; \dot m; · 1/2; · \large (; \large) ^2; m; h; \vartheta. Місця на схемі: му; v /m; в/м; А/п; v.
= ККД, =швидкість, = площа поверхні, , = потік маси, , = висота, =температура
Завдання 3
Вставте слова у тексті Використовуючи рівняння для електричної ____ P можна побачити, що кінетична енергія перетворюється на електричну. Коефіцієнт корисної дії \eta , який лежить між 0 і 1, описує, наскільки ефективно відбувається ____ і включає всі процеси (наприклад, ____), в яких енергія втрачається. Якщо врахувати всі величини, то можна побачити, що найбільш вирішальним фактором є ____ повітря, оскільки з її збільшенням потужність, що генерується, зростає в кубічній прогресії.