Stroom uit zonlicht - Zonne-energie voor ruimteonderzoek

Korte beschrijving:

In deze reeks activiteiten leren de leerlingen over twee concepten die van invloed zijn op het ontwerp van zonnepanelen voor ruimtemissies: de omgekeerde kwadratenwet en de invalshoek.

De leerlingen voeren twee eenvoudige onderzoeken uit met een fotovoltaïsche cel (zonnecel) en een lichtbron.

Eerst zullen zij meten hoe het door de zonnecellen geproduceerde vermogen varieert met de afstand tot de lichtbron en proberen de omgekeerde kwadratenwet voor de lichtintensiteit experimenteel te achterhalen.

Vervolgens voeren de leerlingen een tweede experiment uit om de afhankelijkheid van het vermogen van de zonnecel van de invalshoek te onderzoeken. Ten slotte zullen ze deze concepten toepassen op echte ESA-ruimtemissies.

Onderwerp: Wetenschap, Natuurkunde
Leerdoelen:  
  • Het begrijpen en berekenen van lichtintensiteit.
  • De invalshoek begrijpen.
  • Leren over zonnecellen.
  • Praktische experimenten uitvoeren om de omgekeerde kwadratenwet van licht en het effect van de invalshoek van licht te onderzoeken.
  • Analyseren en plotten van gegevens.
  • Eenvoudige elektrische circuits bouwen met behulp van zonnecellen.
  • Leren over elektrisch potentiaalverschil, elektrische stroom, vermogen en lichtintensiteit.
  • Onderzoek naar de behoefte aan zonne-energie voor ruimtemissies.

Leeftijdscategorie:
14 - 18 jaar oud

Tijd
Voorbereiding: 1 uur
Montage van het experiment: 20 minuten
Les: 1 uur tot 30 minuten

Talen:
 Engels, Deens, Frans, Duits, Poolsen Spaans.
Download activiteit - NL
Activiteit 1: De inverse kwadratenwet

In deze praktische activiteit berekenen de leerlingen het vermogen van een zonnepaneel door de elektrische stroom en het elektrische potentiaalverschil te meten en proberen zij uit hun experimentele metingen de wet van het omgekeerde kwadraat af te leiden.
Apparatuur

  • Werkblad voor elke groep
  • Bijlage 1 gedrukt voor elke groep
  • Een donkere doos (open aan één kant)
  • Pen/potlood
  • Elektrische kabels
  • Sellotape
  • Lichtbron (kleine gloeilamp, 4,5V, 0,3A)
  • Lineaal
  • 30 cm staaf (bijvoorbeeld een houten stok)
  • Materiaal om het licht te blokkeren (bijvoorbeeld een spons, doek)
  • ampèremeter en voltmeter (of een multimeter)
  • Krokodillenklemmen
Activiteit 2: De invalshoek

In deze activiteit leren de leerlingen over het belang van de invalshoek en de voordelen van een optimale plaatsing van zonnecellen. Door middel van een experiment zullen zij meten hoe de invalshoek het afgegeven vermogen beïnvloedt.
Apparatuur

  • Werkblad voor elke groep
  • Bijlage 2 gedrukt voor elke groep
  • Pen/potlood
  • Experimentele opstelling van activiteit 1 (zie bijlage 2)
  • Stok om de zonnecel te draaien (BBQ-stok bijvoorbeeld)
  • Protractor
Activiteit 3: De ruimte verkennen met zonne-energie

In deze activiteit oefenen leerlingen het gebruik van de omgekeerde kwadratenwet bij toepassing op echte ESA-ruimtemissies. De leerlingen ontdekken hoe de eigenschappen van de omgekeerde kwadratenwet bepalen hoe groot de zonnepanelen moeten zijn en hoe de invalshoek van cruciaal belang is voor missies die zich dicht bij de zon wagen.
Apparatuur

  • Werkblad voor elke leerling
  • Pen/potlood
  • Rekenmachine

Wist je dat?

Het internationale ruimtestation (ISS) wordt aangedreven door zonnepanelen. De afbeelding rechts toont enkele van de zonnepanelen op het ISS, dat plaats biedt aan maximaal zes astronauten tegelijk. Terwijl het ISS in een baan om de aarde draait, kunnen de zonnepanelen worden gedraaid om ze directer op de zon te richten. De panelen beslaan een oppervlakte van 2500 m³ - dat komt overeen met de grootte van een half voetbalveld.

Zonnepanelen op het ISS

Trefwoorden:

, , , ,