Нагрівання води в сонячному колекторі з Cobra SMARTsense Code

Схема досліду

Вода належить до найрізноманітніших і найважливіших ресурсів промисловості. Її можна використовувати, зокрема, як засіб для очищення або як розчинник. Крім того, вона відіграє центральну роль у побуті, зокрема для миття посуду, душу та змивання в туалеті. Ще одна важлива сфера застосування - перенесення теплоти. Без води не працював би жоден радіатор опалення й жодна тепла підлога. Один зі способів здобувати теплоту - сонячна теплоенергетика, у якій воду нагрівають сонячною енергією. Саме таку систему й імітують у цьому досліді.

Попередні знання

Учні мають упевнено поводитися з учнівським блоком живлення, і бажано, щоб вони вже раніше мали перший досвід роботи з measureAPP і з функціями Cobra SMARTsense Code.

Принцип

У цьому досліді воду нагрівають у сонячному колекторі й спостерігають за підвищенням температури. Cobra SMARTsense Code показує, коли досягнуто бажаного діапазону температур, і розмикає електричне коло, щойно вода стає надто теплою.

Навчальна мета

Учні знайомляться з принципом дії сонячної теплової установки, яка дає змогу використовувати відновлювану сонячну енергію. Водночас їх мають ознайомити з простим програмуванням пристрою для стеження за температурою та для керування реле.

Завдання

Учні нагрівають посудину з водою в сонячному колекторі світлом лампи. Вони спостерігають при цьому, як змінюється температура води, і програмують Cobra SMARTsense Code так, щоб він показував досягнення бажаної температури, а лампа вимикалася за надто високої температури.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Крім того, слід бути обережними з такими джерелами небезпеки:

• Лампа та її тримач нагріваються під час роботи. Тому не варто торкатися їх після того, як лампу було ввімкнено.

Схема сонячної теплової установки

Хіба не чудово було б накопичити теплоту теплого літнього дня, щоб використати її прохолоднішими днями для опалення або для теплого душу? Саме це й робить сонячна теплоенергетика: сонячні колектори на даху будинку поглинають сонячне світло, щоб нагріти ним воду, яку згодом можна використати в побуті як гарячу.

Цей спосіб заощаджує витрати на опалення та електроенергію і до того ж екологічний, тому сонячну теплоенергетику дедалі частіше застосовують у будинках.

1. Нагрій невелику кількість води в сонячному колекторі, освітивши його галогенною лампою.
2. Спостерігай за нагріванням води за допомогою Cobra SMARTsense Temperature і MeasureApp. Покажи за допомогою Cobra SMARTsense Code, коли досягнуто бажаної температури.
3. Улаштуй за інструкцією захист від перегрівання за допомогою Cobra SMARTsense Code і Cobra SMARTsense Temperature.

Cobra SMARTsense Code

У цьому досліді ти використовуєш Cobra SMARTsense Code. Це пристрій керування, який може видавати цілеспрямовані сигнали. Можливі форми сигналу - наприклад: світіння світлодіода, показ на дисплеї або звук. У цьому досліді ми користуємось керуванням реле, світлодіодом і екраном Cobra SMARTsense Code. Реле в цьому разі - не що інше, як вимикач. Ним можна цілеспрямовано розмикати й замикати електричні кола.

1. Спершу згвинти двоскладові штативні стрижні у два довгі стрижні. Збери зі змінної основи штатива та обох стрижнів штативну лаву (рис. 1).

2.Затисни лампу в лівій частині основи штатива (рис. 2).

3. Вийми з сонячного колектора невеликий шматок пінопласту. Встав чорну пластину, стежачи при цьому за правильним положенням вимірювального гнізда, і посунь пластину повністю назад (рис. 2).

Складання з колектором і кабелями

4.Наповни чорний металевий стакан майже до половини холодною водою (близько 15 мл). Постав металевий стакан безпосередньо перед чорною пластиною і закрий свій сонячний колектор прозорою шибкою.

5.З'єднай червоний штекер галогенної лампи з гніздом 12 В джерела живлення, а чорний штекер - із червоним гніздом першого реле Cobra SMARTsense Code. Тепер синім кабелем з'єднай синє гніздо реле з гніздом 0 джерела живлення.

Уся схема досліду

6.Обережно постав колектор на штативну лаву; відстань від лампи має становити приблизно 5 см. Після цього просунь датчик Temperature через верхній отвір у сонячний колектор аж до дна стакана.

measureAPP для операційних систем Android

measureAPP для операційних систем iOS

measureAPP для планшетів / ПК з Windows

Датчики в measureApp

• Для наступних кроків потрібен PHYWE measureAPP .
• Увімкни Cobra SMARTsense Code (його ще називають виконавчим пристроєм Code) і датчик Temperature, утримуючи кнопку живлення кілька секунд, доки не почне світитися символ Bluetooth.
• Тепер відкрий measureAPP і приєднай обидва пристрої, натиснувши на біле коло поряд із датчиком. З'явиться зелена галочка, яка підтверджує, що пристрій приєднано.

• Перейди в застосунку внизу ліворуч на «Тригер», далі на «Вибрати дію» і вибери "Code" Реле 1 Увімк.
• Потім натисни «Зберегти» - після цього відкриється вікно дії.
• Вибери там як вимірювальний канал температуру, як порогове значення 27 °C, а як умову спрацювання - «недосягнуте порогове значення», і потім натисни «Зберегти».

Ці налаштування дають те, що реле замикається і тим самим розмикає електричне коло, тож лампа вимикається, щойно вода досягає температури 27 °C.

Програмування виконавчого пристрою Code

Щоб показувати, чи реле зараз увімкнене, чи вимкнене, можна скористатися світлодіодом виконавчого пристрою Code.

• Для цього вибери в розділі «Тригер» як дію «Code LED червоний», як вимірювальний канал - «Температура», як порогове значення - 27 °C, а як умову спрацювання - «перевищене порогове значення», і потім натисни «Зберегти».
• Повтори ці кроки з «Code LED зелений» і «недосягнутим пороговим значенням».

Тепер світлодіод світиться зеленим, коли реле розімкнене, і червоним, коли воно замкнене через «перегрівання» води.

Програмування виконавчого пристрою Code

Ми використовуємо виконавчий пристрій Code ще й для того, щоб показувати, чи досягнуто бажаного діапазону температур від 25 до 27 °C.

• Для цього вибери в розділі «Тригер» дію «Code» із сумним смайликом, вимірювальний канал «Температура», порогове значення 25 °C, а як умову спрацювання - «недосягнуте порогове значення», і потім збережи.
• Повтори ці кроки з веселим смайликом і «перевищеним пороговим значенням».

Зроблені тут налаштування дають те, що виконавчий пристрій Code за (надто) холодної води показує сумний смайлик, а за теплої - веселий.

• Вибери тепер у measureAPP «Почати вимірювання» і ввімкни джерело живлення. Галогенна лампа має тепер світитися, а Measure-App - показувати температуру залежно від часу.
• Спостерігай тепер за перебігом температури й за поведінкою виконавчого пристрою Code. Якщо взята вода буде помітно теплішою або холоднішою за 23-24 °C, температурні межі в тригерах пристрою можна змінити, щоб уникнути довгого очікування.

Процес вимірювання в measureAPP

Cobra SMARTsense Temperature

Cobra SMARTsense Code