Energia a napfényből - Napenergia az űrkutatásban

Energia a napfényből - Napenergiával az űrkutatás meghajtása

Rövid leírás:

Ebben a feladatsorban a tanulók két olyan fogalmat ismerhetnek meg, amelyek befolyásolják az űrmissziók napelemeinek tervezését: a fordított négyzetes törvényt és a beesési szöget.

A tanulók két egyszerű vizsgálatot végeznek egy fotovoltaikus cella (napelem) és egy fényforrás segítségével.

Először is megmérik, hogy a napelemek által termelt teljesítmény hogyan változik a fényforrástól való távolság függvényében, és kísérletileg megpróbálják a fényintenzitás fordított négyzetes törvényét visszanyerni.

A diákok ezután egy második kísérletet végeznek, hogy megvizsgálják a napelem teljesítményének függését a beesési szögtől. Végül ezeket a fogalmakat valódi ESA űrmissziókra alkalmazzák.

Téma: Tudomány, fizika

Tanulási célok

A fényintenzitás megértése és kiszámítása.

A beesési szög megértése.

Tanulás a napelemekről.

Végezzen gyakorlati kísérleteket a fény fordított négyzetes törvényének és a fény beesési szögének hatásának vizsgálatára.

Az adatok elemzése és ábrázolása.

Egyszerű elektromos áramkörök építése napelemek segítségével.

Az elektromos potenciálkülönbség, az elektromos áram, a teljesítmény és a fényerősség megismerése.

Az űrmissziók napenergiaigényének vizsgálata.

Korosztály:

14-18 éves korig

Idő

Előkészítés: 1 óra
Kísérlet összeállítása: 20 perc
Lecke: 1 óra 30 perc

Erőforrás elérhető a következőkben:

Angol, Dán, Francia, Német, Lengyel és Spanyol

Tevékenység 1: A fordított négyzetes törvény

Ebben a gyakorlati tevékenységben a diákok az elektromos áram és az elektromos potenciálkülönbség mérésével kiszámítják egy napelem teljesítményét, és megpróbálják a fordított négyzetes törvényt a kísérleti mérésekből kinyerni.

Berendezések

Diák munkalap nyomtatva minden csoport számára

Az 1. melléklet minden csoport számára kinyomtatva

Egy sötét doboz (az egyik végén nyitott)

Toll/ceruza

Elektromos kábelek

Sellotape

Fényforrás (kis izzó, 4,5V, 0,3A)

Vonalzót

30 cm-es rúd (például egy fapálca)

Fényt blokkoló anyag (pl. szivacs, rongy)

Amper- és voltmérő (vagy multiméter)

Krokodil klipszek

2. tevékenység: A beesési szög

Ebben a tevékenységben a tanulók megismerkednek a beesési szög fontosságával és a napelemek optimális elhelyezésének előnyeivel. Egy kísérlet során megmérik, hogy a beesési szög hogyan befolyásolja a kimenő teljesítményt.

Berendezések

Diák munkalap nyomtatva minden csoport számára

A 2. melléklet minden csoport számára kinyomtatva

Toll/ceruza

Kísérleti elrendezés az 1. tevékenységből (lásd a 2. mellékletet)

Pálca a napelem forgatásához (például grillpálca)

Szögmérő

3. tevékenység: Az űr felfedezése napenergiával

Ebben a feladatban a tanulók gyakorolják a fordított négyzetes törvény alkalmazását valós ESA űrmissziókra alkalmazva. A tanulók felfedezik, hogy a fordított négyzetes törvény tulajdonságai hogyan befolyásolják, hogy mekkora napelemeknek kell lenniük, és hogy a beesési szögnek milyen döntő jelentősége van a Naphoz közel merészkedő küldetéseknél.

Berendezések

Diák munkalap nyomtatva minden diák számára

Toll/ceruza

Számológép

Tudtad?

A Nemzetközi Űrállomás (ISS) napelemekkel működik. A jobb oldali képen az ISS néhány napelemtáblája látható, ahol egyszerre akár hat űrhajós is tartózkodhat. Ahogy az ISS a Föld körül kering, a napelemek elforgathatók, hogy közvetlenebbül a Napra irányuljanak. A panelek 2500 m³ területet fednek le - ez egy fél futballpálya méretének felel meg.