Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Гідроелектростанції мають великі високогірні резервуари для зберігання води до моменту, коли її можна буде використовувати.
Вода закачується в басейни за допомогою електричної енергії, наприклад, з вугільних або атомних електростанцій, створюючи при цьому відходи, такі як або радіоактивні матеріали.
Цей експеримент демонструє один із способів використання відновлюваної енергії.
Додаткова інформація для викладачів (1/4)
Попередні знання
Учні повинні знати, яких форм може набувати енергія.
Принцип
У цьому експерименті за допомогою сонячної батареї приводиться в дію водяний насос і спостерігається, на яку висоту можна підняти воду. Аналізуючи це, учні роблять висновки про властивості перетворення енергії.
Додаткова інформація для викладачів (2/4)
Мета навчання
Учні дізнаються про метод гідроакумулюючих електростанцій, які дозволяють зберігати відновлювану енергію.
Завдання
У цьому експерименті насос працює від сонячної батареї, яка живить його електричною енергією. Досліджується, як інтенсивність світла впливає на потужність насоса.
Додаткова інформація для викладачів (3/4)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Уникайте занадто міцного прикріплення тримачів сонячних елементів до сонячної батареї, оскільки це може призвести до пошкодження сонячної батареї.
Переконайтеся, що в насосах немає повітря. Це дуже сильно знижує продуктивність насоса. Бажано використовувати дистильовану воду, щоб запобігти блокуванню крильчатки або іншим проблемам, спричиненим залишками вапняного нальоту.
Додаткова інформація для викладачів (4/4)
Заходи для покращення роботи насоса:
- Кілька разів увімкніть і вимкніть джерело живлення, оскільки стовп води, що вже утворився, виштовхує повітря під час зворотного потоку.
- За необхідності нахиліть насос і знову кілька разів увімкніть і вимкніть джерело живлення.
- Обережно постукайте насосом по дну ванночки.
- Поверніть крильчатку в насосі, оскільки вона може бути заблокована, наприклад, залишками вапняного нальоту (крильчатку можна побачити на нижній стороні насоса через отвір).
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Гольдішталь - найбільша гідроакумулююча електростанція Німеччини (Джерело фото: Vattenfall)
Водяні насоси використовують механічну енергію для викачування води з глибини. Це дає людям доступ до води навіть за відсутності поверхневих вод, піднімаючи ґрунтові води на поверхню.
Вода, що знаходиться на більшій висоті, має більше потенційної енергії, яка перетворюється на кінетичну енергію, якщо вода має можливість текти на нижчу ділянку.
Таким чином, метод акумулювання енергії полягає в тому, що воду можна перекачувати у верхні басейни або водосховища зі стоячою водою, а в разі потреби знову використовувати енергію, пропускаючи її через турбіну.
Завдання
Експериментальна установка
У цьому експерименті насос працює від сонячної батареї, яка живить його електричною енергією.
Досліджується, як інтенсивність світла впливає на потужність насоса.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 3 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 4 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 2 |
| 5 | Подвійні гнізда, 1 пара, червоне та чорне | 07264-00 | 2 |
| 6 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 1 |
| 7 | Сонячна батарея, 4 елементи, з кабелем, роз'ємами | 06752-22 | 1 |
| 8 | Галогенна лампа з рефлектором, 12 В / 20 Вт | 05780-00 | 1 |
| 9 | Тримач для галогенних ламп із рефлектором | 05781-00 | 1 |
| 10 | Тримач для сонячних елементів (3,3x6,5) см, зі штепсельними вилками | 06752-08 | 2 |
| 11 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 12 | Водяний насос/водяна турбіна/генератор | 05753-00 | 1 |
| 13 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 14 | Тримач, D = 16 мм, з ручкою | 05764-00 | 1 |
| 15 | Ванночка, 150 мм x 150 мм x 65 мм, пластик | 33928-00 | 1 |
| 16 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 17 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка (1/4)
1. Зберіть експериментальну установку з двох регульованих ніжок (основи) штатива і двох штативних стрижнів (рис. 1 і 2).
2.Закріпіть короткий штативний стрижень вертикально до основи штатива з одного боку і прикріпіть галогенну лампу до ковзної опори, яку розміщіють на стрижнях штатива (рис. 3).
3. Підключіть галогенну лампу до роз'ємів постійного струму блоку живлення (рис. 4).
Блок живлення вимкнено.
Рисунок 1
Рисунок 3
Рисунок 2
Рисунок 4
Підготовка (2/4)
Рисунок 5
4. Прикріпіть затискач до короткого стрижня штатива за допомогою подвійної муфти (рис. 5).
5.Помістіть один край ванни під затискач, приєднайте трубку до насоса і закріпіть насос у затискачі.
Насос повинен знаходитися на відстані близько 2 мм від дна ванночки (рис. 6).
Рисунок 6
Підготовка (3/4)
Рисунок 8
6. Підключіть вентилятор до виходу постійного струму на блоці живлення за допомогою довгих провідників (рис. 7).
Блок живлення вимкнено.
7.Підключіть вольтметр паралельно вітрогенератору, як показано на рис. 8.
Рисунок 7
Рисунок 9
Підготовка (4/4)
8. Наповніть ванночку водою так, щоб насос був приблизно на 2 см у воді, і поставте велику склянку під вільний кінець трубки насоса (рис. 10).
9.Таким чином, експериментальна установка має виглядати приблизно так, як показано на рис. 11.
Рисунок 10
Рисунок 11
Виконання роботи (1/2)
Рисунок 12
1.Переконайтеся, що кінець трубки насоса знаходиться над великою склянкою. Поверніть дві ручки регулювання напругою та силою струму до упору вправо та увімкніть джерело живлення (рис. 12).
Що Ви спостерігаєте?
2.Злегка притисніть трубку до краю склянки і запишіть, що Ви спостерігаєте. Далі дуже повільно зменшуйте напругу 12 В до тих пір, поки у великій склянці не буде достатньо води, навіть коли трубка притиснута до краю.
При цьому слідкуйте за галогенною лампою.
Виконання роботи (2/2)
3.Замініть велику склянку на маленьку і знову трохи опустіть трубку вниз.
Знову переконайтеся, що кінець трубки знаходиться над склянкою.
Запишіть своє спостереження в протокол експерименту.
Якщо насос не працює належним чином, спробуйте виконати такі дії:
- Злегка постукайте насосом по дну ванни.
- Кілька разів увімкніть і вимкніть джерело живлення.
- Поверніть крильчатку на нижній стороні насоса.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Відтворіть процес перетворення енергії під час експерименту. ____ \Downarrow ____ \Downarrow ____ \Downarrow ____.
Завдання 3
Вставте слова в тексті у відповідні пропуски Якщо тіло взаємодіє з ____, воно прискорюється. Якщо тіло не рухається, незважаючи на прискорення, воно виконує фізичну ____ проти силового поля. Прикладом такого силового поля є ____, яке безперервно притягує всі тіла до центру Землі з 9,81 м/с^2. Тому тіла падають, а вода тече до найнижчої доступної точки. Однак, якщо ____ заблокований, тіло працює проти силового поля а, отже, переносить енергію. Ця ____ називається потенційною ____, оскільки вона залежить від висоти по відношенню до ____.