O poder da luz solar - Exploração do espaço com energia solar

Breve descrição:

Neste conjunto de atividades, os estudantes terão de lidar com dois conceitos que influenciam o design de painéis solares para as missões espaciais: a lei do inverso do quadrado e o ângulo de incidência.

Os estudantes realizarão duas investigações simples utilizando uma célula fotovoltaica (ou célula solar) e uma fonte de luz.

Numa primeira fase, irão medir a potência produzida pelas células solares em função da distância da fonte de luz. Os alunos serão depois desafiados a obter experimentalmente a lei do inverso do quadrado da distância para a intensidade da luz.

Na fase seguinte desta atividade, os estudantes realizarão uma segunda experiência que lhes permitirá investigar a dependência da potência da luz à saída da célula solar com o ângulo de incidência. Finalmente, aplicarão estes conceitos a missões espaciais reais da ESA.

Assunto: Ciência, Física
Objetivos de Aprendizagem:  
  • Compreender e calcular a intensidade luminosa.
  • Compreender o que é o ângulo de incidência.
  • Aprender o que são painéis solares e para que servem.
  • Realizar experiências práticas para estudar a lei do inverso do quadrado da distância e o impacto do ângulo de incidência da luz.
  • Análise e representação de dados.
  • Construção de circuitos eléctricos simples utilizando células solares.
  • Aprender as diferenças entre diferença de potencial, intensidade de corrente elétrica, potência e intensidade luminosa.
  • Investigar as condições necessárias para a utilização da energia solar em missões espaciais.

Faixa etária:
14 - 18 anos de idade

Tempo
Preparação: 1 hora
Montagem da Experiência: 20 minutos
Lição: 1 hora a 30 minutos

Línguas:
 Inglês, Dinamarquês, Francês, Alemão, Polaco, e Espanhol.
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Atividade 1: A lei do inverso do quadrado

Nesta atividade prática, os estudantes calcularão a potência à saída de um painel solar, através da medição da intensidade da corrente elétrica e da diferença de potencial. Tentarão também verificar a lei do inverso do quadrado da distância a partir de medições experimentais.
Material

  • Ficha de trabalho do aluno impressa para cada grupo
  • Anexo 1 impresso para cada grupo
  • Uma caixa escura (aberta numa das extremidades)
  • Caneta ou lápis
  • Cabos elétricos
  • Etiquetas autocolantes
  • Fonte de luz (pequena lâmpada, 4,5V, 0,3A)
  • Régua
  • Haste de 30 cm (por exemplo, uma vara de madeira)
  • Material para bloquear a luz (por exemplo, uma esponja, um pano)
  • Amperímetro e voltímetro (ou um multímetro)
  • Cabos com pinças de crocodilo
Atividade 2: O ângulo de incidência

Nesta atividade, os alunos aprenderão a importância do ângulo de incidência e as vantagens da otimização do posicionamento das células solares. Através de uma experiência, medirão a forma como o ângulo de incidência influencia a potência de saída.
Material

  • Ficha de trabalho do aluno impressa para cada grupo
  • Anexo 2 impresso para cada grupo
  • Caneta ou lápis
  • Montagem experimental da Atividade 1 (ver Anexo 2)
  • Vara para rodar a célula solar (vara de churrasco, por exemplo)
  • Transferidor
Atividade 3: Exploração do espaço com energia solar

Nesta atividade, os estudantes praticam utilizando a lei do inverso do quadrado aplicada a missões espaciais reais da ESA. Os estudantes descobrirão como as propriedades desta lei afetam o tamanho dos painéis solares, e como o ângulo de incidência tem uma importância crucial para as missões espaciais que se aventuram perto do Sol.
Material

  • Ficha de trabalho impressa para cada aluno
  • Caneta ou lápis
  • Calculadora

Sabias que...

A energia que a Estação Espacial Internacional (ISS) necessita para se manter em funcionamento em órbita da Terra é gerada pelos seus painéis solares. A ISS pode albergar até seis astronautas de cada vez. A imagem à direita mostra alguns dos seus painéis solares. À medida que a ISS orbita a Terra, estes painéis podem ser rodados de forma a apontarem mais diretamente para o Sol. Os painéis abrangem uma área total de 2500 m³ - o que equivale ao tamanho de metade de um campo de futebol.

Painéis solares na ISS

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