Energia ze światła słonecznego - zasilanie badań kosmicznych energią słoneczną

Krótki opis:

W tym zestawie ćwiczeń uczniowie poznają dwa pojęcia, które mają wpływ na projektowanie paneli słonecznych dla misji kosmicznych: prawo odwrotności kwadratu i kąt padania światła.

Uczniowie przeprowadzą dwa proste badania z wykorzystaniem ogniwa fotowoltaicznego (ogniwa słonecznego) i źródła światła.

Najpierw zmierzą, jak moc produkowana przez ogniwa słoneczne zmienia się w zależności od odległości od źródła światła i spróbują doświadczalnie odtworzyć prawo odwrotności kwadratu dla natężenia światła.

Następnie studenci przeprowadzą drugi eksperyment, aby zbadać zależność mocy wyjściowej dla ogniwa słonecznego od kąta padania światła. Na koniec zastosują te koncepcje w rzeczywistych misjach kosmicznych ESA.

Przedmiot: Nauka, Fizyka
Cele nauczania:  
  • Rozumienie i obliczanie natężenia światła.
  • Zrozumienie kąta padania światła.
  • Zapoznanie się z ogniwami słonecznymi.
  • Wykonaj praktyczne eksperymenty, aby zbadać odwrotne prawo kwadratowe światła i wpływ kąta padania światła.
  • Analizowanie i wykreślanie danych.
  • Konstruowanie prostych obwodów elektrycznych z wykorzystaniem ogniw słonecznych.
  • Poznanie różnicy potencjałów elektrycznych, prądu elektrycznego, mocy i natężenia światła.
  • Badanie zapotrzebowania na energię słoneczną w misjach kosmicznych.

Zakres wiekowy:
14 - 18 lat

Czas
Przygotowanie: 1 godz.
Montaż eksperymentu: 20 minut
Lekcja: 1 godzina do 30 minut

Języki:
 Angielski, Duński, Francuski, Niemiecki, Polskaoraz Hiszpański.
Pobranie aktywności - EN
Ćwiczenie 1: Prawo odwrotności kwadratu

W tym praktycznym ćwiczeniu uczniowie obliczają moc wyjściową panelu słonecznego poprzez pomiar prądu elektrycznego i różnicy potencjałów elektrycznych oraz próbują odtworzyć prawo odwrotności kwadratu z pomiarów eksperymentalnych.
Sprzęt

  • Arkusz roboczy dla uczniów wydrukowany dla każdej grupy
  • Załącznik 1 wydrukowany dla każdej grupy
  • Ciemne pudełko (otwarte w jednym końcu)
  • Długopis/ołówek
  • Kable elektryczne
  • Sellotape
  • Źródło światła (mała żarówka, 4,5V, 0,3A)
  • Ruler
  • 30 cm pręt (np. drewniany kij)
  • Materiał do blokowania światła (np. gąbka, szmatka)
  • Amperomierz i woltomierz (lub multimetr)
  • Klipsy do krokodyli
Ćwiczenie 2: Kąt padania

W tym ćwiczeniu uczniowie dowiedzą się o znaczeniu kąta padania światła i korzyściach płynących z optymalnego ustawienia ogniw słonecznych. Poprzez eksperyment zmierzą, jak kąt padania światła wpływa na moc wyjściową.
Sprzęt

  • Arkusz roboczy dla uczniów wydrukowany dla każdej grupy
  • Załącznik 2 wydrukowany dla każdej grupy
  • Długopis/ołówek
  • Układ doświadczalny z działania 1 (zob. załącznik 2)
  • Kij do obracania ogniwa słonecznego (np. kij BBQ)
  • Protraktor
Ćwiczenie 3: Badanie przestrzeni kosmicznej za pomocą energii słonecznej

W tym ćwiczeniu studenci ćwiczą wykorzystanie prawa odwrotności kwadratu w odniesieniu do rzeczywistych misji kosmicznych ESA. Uczniowie odkryją jak właściwości prawa odwrotności kwadratu wpływają na to jak duże muszą być panele słoneczne oraz jak kąt padania promieni słonecznych ma kluczowe znaczenie dla misji odbywających się blisko Słońca.
Sprzęt

  • Arkusz roboczy dla uczniów wydrukowany dla każdego ucznia
  • Długopis/ołówek
  • Kalkulator

Wiedziałeś?

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) jest zasilana przez panele słoneczne. Obraz po prawej stronie pokazuje niektóre z paneli słonecznych na ISS, która jest domem dla maksymalnie sześciu astronautów w tym samym czasie. Podczas gdy ISS krąży wokół Ziemi, panele słoneczne mogą być obracane, aby skierować się bardziej bezpośrednio na Słońce. Panele zajmują powierzchnię 2500 m³ - co odpowiada wielkości połowy boiska piłkarskiego.

Panele słoneczne na ISS

Słowa kluczowe:

, , , ,