KONWERSJA ENERGII 1. Nr katalogowy

Transkrypt

1 KONWERSJA ENERGII 1 Nr katalogowy

2 Producent: Cornelsen Experimenta Holzhauser Straße 76 Tel.: Berlin Germany Fax: Internet: Wyłączny dystrybutor na Polskę: Fabryka Pomocy Naukowych Sp. z o.o. ul. Słowiańska7 Tel.: fpn@fpnnysa.com.pl Nysa - POLSKA Fax.: Cornelsen Experimenta, 2004 Fabryka Pomocy Naukowych Sp. z o.o., 2006 Wszelkie prawa zastrzeżone Powielanie i rozpowszechnianie niniejszej instrukcji, wykorzystanie zestawu do celów innych niż opisane w niniejszej instrukcji wymaga pisemnej zgody Cornelsen Experimenta. Wyroby Cornelsen Experimenta są przeznaczone tylko i wyłącznie do użytku szkolnego. Nie są przeznaczone do użytku w przemyśle medycynie lub innych zastosowaniach komercyjnych. Producent nie bierze odpowiedzialności za szkody powstałe na skutek nieprawidłowego użycia wyrobu. 2

3 Lista elementów Nr ilustr. Ilość Opis Nr kat. 1 1 Szyna Para stopek do szyny Uchwyt przesuwny Pręt, 100mm (w pudełku nr 1 z małymi częściami) Łącznik krzyżowy (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Uchwyt (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Uchwyt prętowy do koła (pudełko nr 2 z małymi częściami) Wspornik (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Miska plastikowa Zlewka 100ml Próbówka Strzykawka 30ml Balon (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Zawór do balona (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Wężyk (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Szklana wygięta rurka (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Zatyczka 18/14 z otworem (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Koło wodne Wirnik z 4 łopatami (w pudełku nr 1 z małymi częściami) Wózek (a), ciężarek (b), pręt (c) (w pudełku nr 1 z małymi częściami) 21 1 Lampa optyczna Żarówka, E10, 1.5 V (w pudełku nr 2 z małymi częściami) Ekran, biały Uchwyt wtyczkowy do żarówki (w pudełku nr 2 z małymi częściami) 25 1 Dioda LED, element wtyczkowy (w pudełku nr 2 z małymi częściami) 26 1 Opornik 100Ω, element wtyczkowy (w pudełku nr z małymi częściami) 27 1 Panel solarny (wspornik do panelu w pudełku nr 1) Zwierciadło (wspornik do zwierciadła w pudełku nr 1) Prądnica na pręcie Mikrosilnik Para elektrod ze wspornikiem Woltametr Oprawka do wtyczek w uchwytem na akumulator Akumulator Mignon NiMH, 1.2V (w pudełku nr 2 z małymi częściami) 35 1 Konwerter termoelektryczny Przewód wtyczkowy, 25 cm, czerwony Przewód wtyczkowy, 50cm, czerwony Przewód wtyczkowy, 25 cm, czarny Przewód wtyczkowy, 50cm, czarny Termometr, -10 do +110 C Tubka smaru silikonowego Załączone materiały - Instrukcja obsługi wraz z opisem doświadczeń Konwersja energii

4 Małe części 1 Małe części 2 Małe części 1 Małe części 2 Pręty statywu 27, 28 Dodatkowe zalecane pomoce nie wchodzące w skład zestawu: Do zasilania: Zasilacz V prądu stałego (np. Nr kat ) Do pomiarów: Multimetr (np. Nr kat lub 54889) Gorąca woda, rozcieńczony kwas siarkowy (kwas akumulatorowy) 25 35% 4

5 ROZMIESZCZENIE ELEMENTÓW ZESTAWU Małe części 2 Małe części 1 5

6 UWAGI DOTYCZĄCE UŻYTKOWANIA ZESTAWU Panel słoneczny (zdj. 1) może być włączony i obracany. Trzy ogniwa słoneczne, każda 0.05V/300mA, połączone są szeregowo za pomocą złączy 4mm. Przed użyciem pręt wspornikowy zawarty w pudełku z małymi częściami nr 2 powinien być wkręcony do obrotowego uchwytu i wykręcony po zakończeniu użytkowania. W zestawie umieszczony został mikrosilnik (zdj. 2), charakteryzujący się wysoką czułością, co umożliwia stosowanie go jako wskaźnika niskich napięć. Zwierciadło (zdj. 3a/b) może być obracane po zamontowaniu. Jego ogniskowa wynosi około 45 mm. Przed użyciem należy wkręcić pręt wspornikowy znajdujący się w pudełku z małymi częściami nr 1, w obrotowy uchwyt. Po zakończeniu jego użytkowania ponownie go zdemontować. Konwerter termoelektryczny (zdj. 4) zawiera półprzewodnik Peltiera, który jest zainstalowany na aluminiowym profilu. Podłączenia do innych elementów można dokonać za pomocą złączy 4mm. Para elektrod - miedziana i cynkowa (zdj. 5) jest na stałe przymocowana do rozdzielającego je uchwytu, który zawiera wtyki 4mm. Doświadczenia należy wykonywać na szynie. Plastikowe stopki umieszcza się w rowkach profilu (zdj. 6). Należy sprawdzić czy są równomiernie wciśnięte, aż do wyczuwalnego oporu. Montowanie stopek można ułatwić nakładając niewielką ilość żelu silikonowego na rowki. Podczas wyciągania stopek należy trzymać je prosto. Najlepiej odwrócić szynę i wycisnąć stopki kciukami tak jak na zdjęciu numer 7. Uchwyty przesuwne mogą być zamontowane w dowolnym miejscu na szynie (zdj. 8). Służą one do osadzania i mocowania wsporników. Wsadzenie wspornika w wewnętrzny otwór (zdj. 9) uchwytu przesuwnego (a) powoduje zablokowanie uchwytu na szynie. Aby można było przesuwać uchwyt, wspornik należy umieścić w jednym z bocznych otworów uchwytu (b). 6

7 Spis doświadczeń Lista elementów...3 ROZMIESZCZENIE ELEMENTÓW ZESTAWU...5 UWAGI DOTYCZĄCE UŻYTKOWANIA ZESTAWU...6 DOŚWIADCZENIA Przemiana energii pływów w energię rotacyjna Przemiana energii pływów w napęd Przemiana energii pływów w siły podnoszące Etapy konwersji energii Przemiana energii mechanicznej w energię termalną Bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej Przemiana energii termalnej w energię elektryczną Przemiana energii elektrycznej w energie termalną Przemiana energii termalnej w energię mechaniczną Pomiar przewodnictwa cieplnego przy wykorzystaniu konwersji Pomiar promieniowania cieplnego przy wykorzystaniu konwersji Przemiana energii mechanicznej w energię elektryczną (1) Przemiana energii mechanicznej w energię elektryczną (2) Przemiana energii pływów w energię elektryczną Przemiana energii elektrycznej w energię pływów Pośrednie wykorzystanie energii słonecznej Ogniwo słoneczne jako konwerter energii Przemiana energii światła w energię elektryczną i mechaniczną Zależność energii słonecznej od oświetlenia Ładowanie ogniwa słonecznego Chłód ze światła słonecznego Przemiana energii chemicznej w mechaniczną Przemiana energii elektrycznej w energię chemiczną Przemiana energii chemicznej w energie mechaniczną Magazynowanie energii elektrycznej poprzez konwersję na energię chemiczną Przemiany energii i przechowywanie

8 DOŚWIADCZENIA 1. Przemiana energii pływów w energię rotacyjną Uchwyt przesuwny 3 Pręt, 100mm 4 Łącznik krzyżowy 5 Uchwyt prętowy 7 Wspornik 8 Miska plastikowa 9 Zlewka 100ml 10 Strzykawka 30ml 12 Koło wodne 18 Montujemy stopki w profilu szyny. W zamontowanym na szynie uchwycie przesuwnym umieszczamy pręt, a na nim łącznik krzyżowy z uchwytem prętowym. Na końcu pręta mocujemy koło wodne. Pod kołem wodnym umieszczamy miskę plastikową. Napełniamy zlewkę wodą i wylewamy jej zawartość na koło wodne. Powtarzamy czynność wylewając wodę z różnych wysokości. W drugim doświadczeniu napełniamy strzykawkę i wyciskamy jej zawartość bezpośrednio na łopaty koła wodnego. Najpierw wciskamy tłok powoli; za drugim razem robimy to szybko. 8

9 8. Przemiana energii elektrycznej w energie termalną Uchwyt przesuwny (2x) 3 Zlewka 100ml 10 Konwerter termoelektryczny 35 Przewód wtyczkowy, 50 cm, czerwony 37 Termometr, -10 do +110 C 40 Potrzebne również: Multimetr, zimna woda, zasilacz 1.5 V DC Zestawiamy układ jak w poprzednim doświadczeniu. Konwerter podłączamy za pomocą przewodów wtykowych szeregowo z zasilaczem oraz multimetrem, ustawionym na pomiar natężenia prądu. Zlewkę napełniamy zimna wodą i umieszczamy bezpośrednio na konwerterze termoelektrycznym. Podajemy napięcie 1.5 V i mierzymy w odstępach pięciominutowych temperaturę wody w zlewce. Następnie powtarzamy doświadczenie przy zmienionej biegunowości podłączenia konwertera termoelektrycznego do źródła zasilania. 15

10 9. Przemiana energii termalnej w energię mechaniczną Uchwyt przesuwny (3x) 3 Zlewka 100ml 10 Mikrosilnik 30 Konwerter termoelektryczny 35 Przewód wtyczkowy, 50cm, czerwony 37 Przewód wtyczkowy, 50 cm, czarny 39 Potrzebne również: Multimetr, gorąca woda UWAGA! Gorąca woda może doprowadzić do poparzenia. Montujemy stopki w profilu szyny, a na niej umieszczamy, jeden przy drugim, dwa uchwyty przesuwne na których mocujemy konwerter termoelektryczny. Na trzecim uchwycie montujemy mikrosilnik i podłączamy go za pomocą przewodów do konwertera. Zlewkę napełniamy bardzo gorącą wodą, umieszczamy na konwerterze i obserwujemy zachowanie mikrosilnika. Jeśli silnik działa, zmieniamy polaryzację podłączenia i obserwujemy co się dzieje. Równolegle z silnikiem podłączamy multimetr i mierzymy napięcie (zakres ustawiamy na 200 mv). Następnie rozłączamy jeden z przewodów łączących silnik z konwerterem i sprawdzamy jak zmieni się wskazanie napięcia. 16

11 11. Pomiar promieniowania cieplnego przy wykorzystaniu konwersji Uchwyt przesuwny (2x) 3 Pręt 100mm 4 Łącznik krzyżowy 5 Lampa optyczna 21 Konwerter termoelektryczny 35 Przewód wtyczkowy, 50cm, czerwony 37 Przewód wtyczkowy, 50 cm, czarny 39 Potrzebne również: Multimetr, zasilacz 6-12 V DC Osadzamy stopki w szynie, a na niej dwa uchwyty przesuwne. Na jednym z nich montujemy lampę optyczną, a na drugim, za pomocą łącznika i pręta, konwerter termoelektryczny, który ustawiamy w taki sposób, aby jego górna część była skierowana w stronę lampy (aby to było możliwe, lampa i łącznik muszą być ustawione względem siebie lekko rozbieżnie). Konwerter podłączamy za pomocą przewodów do multimetru ustawionego na zakres 200mV. Jednostkę zasilająca lampę ustawiamy na 6V i śledzimy wskazania multimetru. Następnie powtarzamy czynność dla napięć 9 i 12V, obserwując, jak zachowuje się napięcie. 18

12 14. Przemiana energii przepływu powietrza (wiatru) w energię elektryczną Uchwyt przesuwny (3x) 3 Wirnik z 4 łopatami (2x) 19 Dioda LED, element wtyczkowy 25 Prądnica na pręcie (2x) 29 Oprawka do wtyczek z uchwytem 33 Przewód wtyczkowy, 50cm, czerwony 37 Przewód wtyczkowy, 50 cm, czarny 39 Potrzebne również: zasilacz V DC Przygotowujemy układ jak w poprzednim ćwiczeniu. W uchwytach umieszczamy generatory oraz oprawkę do modułów wtykowych (zgodnie z ilustracją). Prądnica po lewej stronie podłączona jest do zasilacza, natomiast prądnica po prawej stronie połączona jest z oprawką (33). Do oprawki wkładamy moduł wtykowy z diodą LED. Powoli podnosimy napięcie zasilacza z 1.5 V do 4 V, obserwując jednocześnie jak zachowuje się prądnica po prawej stronie. Regulując różne prędkości obrotu obserwujemy również zachowanie diody LED (uwaga na poprawną polaryzację). 21

13 16. Pośrednie wykorzystanie energii słonecznej Uchwyt przesuwny (2x) 3 Wirnik z 4 łopatami (śmigło) 19 Panel solarny 27 Prądnica na pręcie 29 Na szynie wyposażonej w stopki umieszczamy uchwyty przesuwne, na których montujmy prądnice oraz panel solarny (zgodnie z ilustracją). Podłączamy prądnicę ze śmigłem z panelem solarnym za pomocą przewodów. Całość umieszczamy w miejscu otwartym na promienie słoneczne. Moduł solarny ustawiamy w kierunku słońca i obserwujemy zachowanie prądnicy. Następnie zasłaniamy panel ręką i obserwujemy zmiany. 23

14 17. Ogniwo słoneczne jako konwerter energii Uchwyt przesuwny (2x) 3 Lampa optyczna 21 Ekran, biały 23 Panel solarny 27 Przewód wtyczkowy, 50cm, czerwony 37 Przewód wtyczkowy, 50 cm, czarny 39 Potrzebne również: Multimetr, zasilacz 3-12 V DC Mocujemy stopki do szyny i umieszczamy na niej dwa uchwyty przesuwne, w których osadzamy lampę optyczną oraz panel solarny (zgodnie z ilustracją). Łączymy panel z multimetrem (zakres 2V DC). Lampę podłączamy do zasilacza nastawionego na 3V. Zapalamy lampę i sprawdzamy napięcie na multimetrze w sytuacji, gdy wszystkie segmenty baterii słonecznej są odsłonięte. Następnie zasłaniamy jeden segmencik za pomocą ekranu i sprawdzamy efekt na multimetrze. Przełączamy multimetr na pomiar natężenia prądu, przepinając odpowiednio przewody i o- kreślamy wartość prądu zwarcia fotoogniwa. Powtarzamy doświadczenie z lampą optyczną świecącą przy 6,9 i 12V. 24

15 22. Przemiana energii chemicznej w mechaniczną Para elektrod ze wspornikiem 31 Woltametr 32 Potrzebne również: Multimetr, rozcieńczony kwas siarkowy (uwaga, substancja żrąca!) Pojemnik woltametru napełniamy do 2/3 wodą. Podłączamy multimetr (ustawiony na zakres 2 V DC) z elektrodami, które delikatnie umieszczamy w naczyniu z elektrolitem, obserwując wskazania multimetru. Następnie wyjmujemy elektrody i wlewamy trochę rozcieńczonego kwasu siarkowego do naczynia. Wkładamy elektrody ponownie do naczynia i sprawdzamy wskazania multimetru. 29

16 24. Przemiana energii chemicznej w energie mechaniczną Uchwyt przesuwny 3 Mikrosilnik 30 Para elektrod ze wspornikiem 31 Woltametr 32 Potrzebne również: rozcieńczony kwas siarkowy (uwaga, substancja żrąca) Montujemy stopki do szyny. Na szynie umieszczamy uchwyt przesuwny, a w nim mikrosilnik, który za pomocą przewodów łączymy z parą elektrod. Napełniamy naczynie woltametru wodą, dodając około 5ml (łyżeczka do herbaty) rozcieńczonego kwasu solnego. Wkładamy elektrody do elektrolitu i obserwujemy zachowanie silnika. 31

17 26. Przemiany energii i przechowywanie Uchwyt przesuwny (3x) 3 Panel solarny 27 Mikrosilnik 30 Oprawka do elementów wtyczkowych z gniazdem na akumulator 33 Akumulator Mignon NiMH, 1.2V 34 Przewód wtyczkowy, 50cm, czerwony 37 Przewód wtyczkowy, 50 cm, czarny 39 Stopki osadzamy w profilu szyny. Uchwyty przesuwne umieszczamy na szynie i montujemy na nich odpowiednio mikrosilnik, oprawkę do elementów wtyczkowych z uchwytem na akumulator oraz panel solarny. Fotoogniwo połączone jest równolegle w oprawką i mikrosilnikiem. Należy zwrócić uwagę na odpowiednie połączenie biegunów. Wkładamy akumulator w uchwyt oprawki, w układzie zgodnym z ilustracją. Szyna musi być ustawiona w miejscu słonecznym, a panel solarny skierowany do słońca. Obserwujemy zachowanie się silniczka. Po około 10 minutach fotoogniwo zakrywamy ręką i obserwujemy co dzieje się z silnikiem. 33