Energie aus Sonnenlicht - Weltraumforschung mit Sonnenenergie

Kurzbeschreibung:

In dieser Reihe von Aktivitäten lernen die Schüler zwei Konzepte kennen, die das Design von Sonnenkollektoren für Weltraummissionen beeinflussen: das Gesetz des umgekehrten Quadrats und den Einfallswinkel.

Die Schüler führen zwei einfache Untersuchungen mit einer Photovoltaikzelle (Solarzelle) und einer Lichtquelle durch.

Zunächst werden sie messen, wie die von den Solarzellen erzeugte Leistung mit dem Abstand zur Lichtquelle variiert, und versuchen, das Gesetz des umgekehrten Quadrats für die Lichtintensität experimentell zu ermitteln.

Anschließend führen die Schüler ein zweites Experiment durch, um die Abhängigkeit der Leistungsabgabe der Solarzelle vom Einfallswinkel zu untersuchen. Schließlich werden sie diese Konzepte auf reale ESA-Weltraummissionen anwenden.

Thema: Wissenschaft, Physik

Lernziele

Verstehen und Berechnen der Lichtstärke.

Das Verständnis des Einfallswinkels.

Lernen über Solarzellen.

Führen Sie praktische Experimente durch, um das Gesetz des umgekehrten Quadrats des Lichts und die Auswirkungen des Einfallswinkels des Lichts zu untersuchen.

Analyse und grafische Darstellung von Daten.

Aufbau einfacher Stromkreise mit Solarzellen.

Lernen von elektrischer Potentialdifferenz, elektrischem Strom, Leistung und Lichtintensität.

Untersuchung der Anforderungen an die Solarenergie bei Weltraummissionen.

Altersspanne:

14 - 18 Jahre alt

Zeit

Vorbereitung: 1 Stunde
Aufbau des Experiments: 20 Minuten
Lektion: 1 Stunde und 30 Minuten

Ressource verfügbar in:

Englisch, Dänisch, Französisch, Deutsch, Polnisch und Spanisch

Aktion 1: Das Quadratische Umkehrgesetz

In dieser praktischen Übung berechnen die Schüler die Leistungsabgabe eines Solarmoduls, indem sie den elektrischen Strom und die elektrische Potenzialdifferenz messen und versuchen, das inverse Quadratgesetz aus ihren experimentellen Messungen abzuleiten.

Ausrüstung

Schülerarbeitsblatt für jede Gruppe

Anhang 1 für jede Gruppe ausgedruckt

Eine dunkle Schachtel (an einem Ende offen)

Kugelschreiber/Bleistift

Elektrische Kabel

Tesafilm

Lichtquelle (kleine Glühbirne, 4,5 V, 0,3 A)

Lineal

30 cm langer Stab (z. B. ein Holzstab)

Material zur Lichtabschirmung (z. B. ein Schwamm, ein Tuch)

Amperemeter und Voltmeter (oder ein Multimeter)

Krokodilklemmen

Aktion 2: Der Einfallswinkel

In dieser Aktivität lernen die Schüler die Bedeutung des Einfallswinkels und die Vorteile einer optimalen Positionierung von Solarzellen kennen. In einem Experiment messen sie, wie der Einfallswinkel die Leistungsabgabe beeinflusst.

Ausrüstung

Schülerarbeitsblatt für jede Gruppe

Anhang 2 für jede Gruppe ausgedruckt

Kugelschreiber/Bleistift

Versuchsaufbau aus Aktivität 1 (siehe Anhang 2)

Stab zum Drehen der Solarzelle (z. B. Grillstab)

Winkelmesser

Aktion 3: Mit Solarenergie den Weltraum erforschen

In dieser Aktivität üben die Schüler die Anwendung des Gesetzes des umgekehrten Quadrats auf reale ESA-Weltraummissionen. Die Schüler entdecken, wie sich die Eigenschaften des inversen quadratischen Gesetzes darauf auswirken, wie groß die Sonnenkollektoren sein müssen und wie wichtig der Einfallswinkel für Missionen ist, die sich nahe an die Sonne heranwagen.

Ausrüstung

Schülerarbeitsblatt für jeden Schüler ausgedruckt

Kugelschreiber/Bleistift

Taschenrechner

Wussten Sie das?

Die Internationale Raumstation (ISS) wird durch Solarzellen mit Strom versorgt. Das Bild auf der rechten Seite zeigt einige der Solarzellen auf der ISS, in der bis zu sechs Astronauten gleichzeitig leben. Während die ISS die Erde umkreist, können die Sonnenkollektoren so gedreht werden, dass sie direkter auf die Sonne ausgerichtet sind. Die Paneele überspannen eine Fläche von 2500 m³ - das entspricht der Größe eines halben Fußballfeldes.

Schlüsselwörter:

Ressourcen für den Unterricht, Energie, Licht, Physik, Strom, Wissenschaft, Sekundäres, Solarenergie