Ισχύς από το φως του ήλιου - Ενεργοποίηση της εξερεύνησης του διαστήματος με ηλιακή ενέργεια

Σύντομη περιγραφή:

Σε αυτή τη σειρά δραστηριοτήτων, οι μαθητές θα μάθουν για δύο έννοιες που επηρεάζουν το σχεδιασμό ηλιακών συλλεκτών για διαστημικές αποστολές: τον αντίστροφο τετραγωνικό νόμο και τη γωνία πρόσπτωσης.

Οι μαθητές θα πραγματοποιήσουν δύο απλές έρευνες χρησιμοποιώντας ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο (ηλιακό κύτταρο) και μια πηγή φωτός.

Πρώτον, θα μετρήσουν πώς μεταβάλλεται η ισχύς που παράγεται από τις ηλιακές κυψέλες ανάλογα με την απόσταση από την πηγή φωτός και θα προσπαθήσουν να ανακτήσουν πειραματικά τον αντίστροφο τετραγωνικό νόμο για την ένταση του φωτός.

Στη συνέχεια, οι μαθητές θα διεξάγουν ένα δεύτερο πείραμα για να διερευνήσουν την εξάρτηση της ισχύος εξόδου για το ηλιακό κύτταρο από τη γωνία πρόσπτωσης. Τέλος, θα εφαρμόσουν αυτές τις έννοιες σε πραγματικές διαστημικές αποστολές της ESA.

Θέμα: Επιστήμη, Φυσική
Μαθησιακοί στόχοι:  
  • Κατανόηση και υπολογισμός της έντασης του φωτός.
  • Κατανόηση της γωνίας πρόσπτωσης.
  • Μαθαίνοντας για τα ηλιακά κύτταρα.
  • Εκτελέστε πρακτικά πειράματα για να διερευνήσετε τον αντίστροφο τετραγωνικό νόμο του φωτός και την επίδραση της γωνίας πρόσπτωσης του φωτός.
  • Ανάλυση και απεικόνιση δεδομένων.
  • Κατασκευή απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων με χρήση ηλιακών κυψελών.
  • Μάθηση της διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού, του ηλεκτρικού ρεύματος, της ισχύος και της έντασης του φωτός.
  • Διερεύνηση των απαιτήσεων ηλιακής ενέργειας σε διαστημικές αποστολές.

Εύρος ηλικίας:
14 - 18 ετών

Χρόνος
Προετοιμασία: 1 ώρα
Συναρμολόγηση πειράματος: 20 λεπτά
Μάθημα: 1 ώρα έως 30 λεπτά

Γλώσσες:
Αγγλικά, Δανικά, Γαλλικά, Γερμανικά, Πολωνικά, και Ισπανικά.
Δραστηριότητα 1: Ο νόμος του αντίστροφου τετραγώνου

Σε αυτή την πρακτική δραστηριότητα, οι μαθητές θα υπολογίσουν την ισχύ ενός ηλιακού συλλέκτη μετρώντας το ηλεκτρικό ρεύμα και τη διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού και θα προσπαθήσουν να ανακτήσουν τον αντίστροφο τετραγωνικό νόμο από τις πειραματικές τους μετρήσεις.
Εξοπλισμός

  • Φύλλο εργασίας μαθητών εκτυπωμένο για κάθε ομάδα
  • Παράρτημα 1 εκτυπωμένο για κάθε ομάδα
  • Ένα σκοτεινό κουτί (ανοιχτό στο ένα άκρο)
  • Στυλό/μολύβι
  • Ηλεκτρικά καλώδια
  • Sellotape
  • Πηγή φωτός (μικρή λάμπα, 4,5V, 0,3A)
  • Χάρακας
  • Ράβδος 30 cm (π.χ. ξύλινο ραβδί)
  • Υλικό για να μπλοκάρει το φως (π.χ. σφουγγάρι, πανί)
  • Αμπερόμετρο και βολτόμετρο (ή πολύμετρο)
  • Κροκόδειλος κλιπς
Δραστηριότητα 2: Η γωνία πρόσπτωσης

Σε αυτή τη δραστηριότητα, οι μαθητές θα μάθουν για τη σημασία της γωνίας πρόσπτωσης και τα οφέλη της βέλτιστης τοποθέτησης των ηλιακών κυψελών. Μέσω ενός πειράματος, θα μετρήσουν πώς η γωνία πρόσπτωσης επηρεάζει την ισχύ εξόδου.
Εξοπλισμός

  • Φύλλο εργασίας μαθητών εκτυπωμένο για κάθε ομάδα
  • Παράρτημα 2 εκτυπωμένο για κάθε ομάδα
  • Στυλό/μολύβι
  • Πειραματική διάταξη από τη δραστηριότητα 1 (βλέπε παράρτημα 2)
  • Ραβδί για την περιστροφή της ηλιακής κυψέλης (π.χ. ραβδί μπάρμπεκιου)
  • Πρωτόκεντρο
Δραστηριότητα 3: Εξερεύνηση του διαστήματος με ηλιακή ενέργεια

Σε αυτή τη δραστηριότητα, οι μαθητές εξασκούνται στη χρήση του αντίστροφου τετραγωνικού νόμου σε εφαρμογή σε πραγματικές διαστημικές αποστολές του ESA. Οι μαθητές θα ανακαλύψουν πώς οι ιδιότητες του νόμου του αντίστροφου τετραγώνου επηρεάζουν το μέγεθος των ηλιακών συλλεκτών και πώς η γωνία πρόσπτωσης έχει κρίσιμη σημασία για τις αποστολές που επιχειρούν κοντά στον Ήλιο.
Εξοπλισμός

  • Φύλλο εργασίας μαθητή εκτυπωμένο για κάθε μαθητή
  • Στυλό/μολύβι
  • Αριθμομηχανή

Το ξέρατε;

Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS) τροφοδοτείται από ηλιακούς συλλέκτες. Η εικόνα στα δεξιά δείχνει μερικούς από τους ηλιακούς συλλέκτες στον ISS, ο οποίος φιλοξενεί έως και έξι αστροναύτες κάθε φορά. Καθώς ο ISS βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη, οι ηλιακοί συλλέκτες μπορούν να περιστρέφονται ώστε να είναι πιο άμεσα στραμμένοι προς τον Ήλιο. Τα πάνελ καλύπτουν μια έκταση 2.500 m³ - που ισοδυναμεί με το μέγεθος του μισού γηπέδου ποδοσφαίρου.

Ηλιακοί συλλέκτες στον ISS

Θάλαμος νεφών - ραδιενέργεια σε κοσμικό περιβάλλον

Σύντομη περιγραφή: Οι θάλαμοι νέφωσης είναι κουτιά ειδικά κατασκευασμένα για την ανίχνευση φορτισμένων σωματιδίων και ακτινοβολίας. Σε αυτή τη δραστηριότητα, ένας θάλαμος νέφωσης χρησιμοποιείται για την παρατήρηση α

Διαβάστε περισσότερα "

Εξωπλανήτης σε κουτί - Μοντελοποίηση των διελεύσεων εξωπλανητών

Σύντομη περιγραφή: Κατά τη διάρκεια αυτών των δραστηριοτήτων, οι μαθητές θα εργαστούν σε μικρές ομάδες για να μοντελοποιήσουν τη διέλευση ενός εξωπλανήτη μπροστά από το άστρο ξενιστή του χρησιμοποιώντας

Διαβάστε περισσότερα "