Energia dalla luce del sole - Alimentare l'esplorazione spaziale con l'energia solare

Breve descrizione:

In questa serie di attività, gli studenti impareranno due concetti che influenzano la progettazione dei pannelli solari per le missioni spaziali: la legge del quadrato inverso e l'angolo di incidenza.

Gli studenti eseguiranno due semplici indagini utilizzando una cella fotovoltaica (cella solare) e una sorgente luminosa.

In primo luogo, misureranno come la potenza prodotta dalle celle solari varia con la distanza dalla sorgente luminosa e cercheranno di ricavare sperimentalmente la legge dell'inverso del quadrato per l'intensità luminosa.

Gli studenti condurranno poi un secondo esperimento per studiare la dipendenza dell'energia prodotta dalla cella solare dall'angolo di incidenza. Infine, applicheranno questi concetti alle reali missioni spaziali dell'ESA.

Oggetto: Scienza, Fisica
Obiettivi di apprendimento:  
  • Comprendere e calcolare l'intensità della luce.
  • Comprendere l'angolo di incidenza.
  • Imparare a conoscere le celle solari.
  • Eseguire esperimenti pratici per studiare la legge quadratica inversa della luce e l'impatto dell'angolo di incidenza della luce.
  • Analizzare e tracciare i dati.
  • Costruire semplici circuiti elettrici con le celle solari.
  • Imparare la differenza di potenziale elettrico, la corrente elettrica, la potenza e l'intensità luminosa.
  • Studio dei requisiti dell'energia solare nelle missioni spaziali.

Fascia d'età:
14 - 18 anni

Tempo
Preparazione: 1 ora
Montaggio dell'esperimento: 20 minuti
Lezione: da 1 ora a 30 minuti

Lingue:
 Inglese, Danese, Francese, Tedesco, Polacco, e Spagnolo.
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Attività 1: La legge quadratica inversa

In questa attività pratica, gli studenti calcoleranno la potenza prodotta da un pannello solare misurando la corrente elettrica e la differenza di potenziale elettrico e cercheranno di ricavare la legge quadratica inversa dalle loro misure sperimentali.
Attrezzatura

  • Foglio di lavoro degli studenti stampato per ogni gruppo
  • Allegato 1 stampato per ogni gruppo
  • Una scatola scura (aperta da un lato)
  • Penna/matita
  • Cavi elettrici
  • Nastro adesivo
  • Sorgente luminosa (piccola lampadina, 4,5 V, 0,3 A)
  • Righello
  • Asta di 30 cm (ad esempio un bastone di legno)
  • Materiale per bloccare la luce (ad esempio una spugna, un panno)
  • Amperometro e voltmetro (o multimetro)
  • Clip di coccodrillo
Attività 2: L'angolo di incidenza

In questa attività, gli studenti impareranno l'importanza dell'angolo di incidenza e i vantaggi di un posizionamento ottimale delle celle solari. Attraverso un esperimento, misureranno come l'angolo di incidenza influisce sulla potenza prodotta.
Attrezzatura

  • Foglio di lavoro degli studenti stampato per ogni gruppo
  • Allegato 2 stampato per ogni gruppo
  • Penna/matita
  • Setup sperimentale dell'Attività 1 (vedi Allegato 2)
  • Bastone per ruotare la cella solare (ad esempio, bastone da barbecue)
  • Goniometro
Attività 3: Esplorare lo spazio con l'energia solare

In questa attività, gli studenti si esercitano a utilizzare la legge quadratica inversa in applicazione a missioni spaziali reali dell'ESA. Gli studenti scopriranno come le proprietà della legge del quadrato inverso influenzino la dimensione dei pannelli solari e come l'angolo di incidenza sia di fondamentale importanza per le missioni che si avvicinano al Sole.
Attrezzatura

  • Foglio di lavoro dello studente stampato per ogni studente
  • Penna/matita
  • Calcolatrice

Lo sapevate?

La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è alimentata da pannelli solari. L'immagine a destra mostra alcuni dei pannelli solari presenti sulla ISS, che ospita fino a sei astronauti alla volta. Mentre la ISS orbita intorno alla Terra, i pannelli solari possono essere ruotati per puntare più direttamente verso il Sole. I pannelli coprono un'area di 2500 m³, pari alla metà di un campo da calcio.

Pannelli solari sulla ISS

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