Solární dům Vybrané experimenty
1. Závislost U a I na úhlu osvitu stolní lampa, multimetr a) Zapojíme články sériově. b) Na výstup připojíme multimetr. c) Lampou budeme články nasvěcovat pod proměnlivým úhlem a budeme sledovat závislost naměřených hodnot na úhlu osvitu. Jde o demonstraci závislosti výkonu solárních panelů na pohybu Slunce po obloze, příp. na úhlové nastavení solárních panelů. Poznámka: Pro zajištění konstantní vzdálenosti lampy od článků je dobré opatřit střechu solárního domečku háčkem, na lampu navázat provázek a ten upevnit na háček. 2. Sériové a paralelní zapojení multimetr a) Zapojte články sériově a proveďte měření multimetrem. b) Zapojte články paralelně a proveďte měření multimetrem. c) Zjistěte, při kterém zapojení jste naměřili vyšší napětí.
3. Elektrický a měrný výkon solárního článku multimetr a) Změříme napětí zvoleného solárního článku a proud jím procházející. b) Podle vzorce vypočteme ve wattech elektrický výkon produkovaný článkem. c) Nyní změříme velikost aktivního povrchu použitého článku S (m 2 ) = výška x šířka. d) Vypočítáme měrný výkon ve wattech na metr čtverečný. 4. Účinnost přeměny energie multimetr, žárovka (stolní lampa) a) Osvítíme článek žárovkou se známým příkonem (např. 60W) ze vzdálenosti cca 10 cm. b) Změříme hodnoty U a I a vypočítáme elektrický výkon článku. c) Porovnáme-li tuto hodnotu s příkonem žárovky, vypočítáme účinnost přeměny energie p: ɳ = Výkon (W) : Příkon (W) p = ɳ. 100 = %
5. Barevné filtry multimetr, halogenová žárovka, barevné filtry červený, zelený, modrý a) Výstup solárního článku připojíme na multimetr, budeme měřit napětí. b) Solární článek osvítíme halogenovou žárovkou. c) Na povrch článku pokládáme barevné filtry (průsvitné fólie) a zapisujeme hodnoty napětí do tabulky. d) Porovnáme naměřené hodnoty pro jednotlivé barevné filtry. Po připojení měřidla k solárnímu článku pokládáme na povrch článku barevné průsvitné fólie a zapisujeme hodnoty napětí (proudu) do tabulky. Pro kterou barvu jsme zaznamenali největší výchylku měřidla? 6. Galvanické poměďování vodivých předmětů kádinka, měděný plíšek anoda, uhlíková katoda, síran mědnatý, kyselina sírová a) V kádince rozpustíme 10 g síranu mědnatého (CuSO 4. 5H 2 O ) v 500 ml destilované vody a roztok okyselíme 8 až 15 kapkami akumulátorové kyseliny sírové ( H 2 SO 4 ). b) Ponoříme elektrody do elektrolytu. Jako anodu použijeme kousek měděného plechu, jako katodu (na té se bude vylučovat měď) použijeme nejlépe uhlíkovou tyčinku, plátek tím předejdeme substitučnímu vylučování mědi na méně ušlechtilém kovu. c) Zapojíme všechny články do série, vystavíme je kolmo přímému slunci a pozorujeme. Napětí i proud jsou pro tuto práci téměř ideální.
7. Galvanické poměďování vodičů výpočet prošlého náboje kádinka, měděná anoda, uhlíková katoda, síran mědnatý, kyselina sírová, papírové utěrky a) Připravíme elektrolyt, viz úloha 5. b) Na citlivých vahách zvážíme uhlíkovou tyčinku před započetím experimentu. c) Provedeme galvanizaci, viz úloha 5. d) Poměděnou uhlíkovou tyčinku pečlivě opláchneme a osušíme, poté ji opět zvážíme. e) Z rozdílu hmotností přibližně vypočteme náboj prošlý elektrolytem dle vzorce: Q je elektrický náboj prošlý elektrolytem m je hmotnost mědi, vyloučené na katodě A je elektrochemický ekvivalent látky Pro elektrochemický ekvivalent látky platí vztah: M m je molární hmotnost mědi F je Faradayova konstanta (9,6485 10 4 C. mol 1 ) z je oxidační číslo, tj. počet elektronů, které jsou potřeba při vyloučení jednoho atomu kovu (např. pro Cu 2+ Cu je z = 2, pro Ag + Ag je z = 1,...)
8. Elektrolýza vody dvě zkumavky se zátkami, dvě uhlíkové elektrody, kádinka, kyselina sírová a) Dvěma zkumavkám odřízneme dno, na jednom konci je necháme otevřené, druhé konce uzavřeme zátkami s protaženými uhlíky b) V obrácené poloze naplníme zkumavky vodou, okyselenou několika kapkami kyseliny sírové, naplněné je uzavřeme prstem a obrátíme do kádinky taktéž naplněné vodou okyselenou několika kapkami kyseliny sírové. c) Články solárního domečku spojíme sériově, plochu nasměrujeme na plné slunce, připojíme svorkami na uhlíky a můžeme elektrolyzovat. d) Důkaz přítomnosti vodíku na katodě můžeme provést jeho zapálením ve zkumavce (tzv. štěknutí vodíku). Poznámka: Pozorovatelná elektrolýza je patrna bezprostředně po spuštění experimentu. Před zapálením vodíku doporučujeme vyčkat cca 30 minut, než se jej vyprodukuje dostatečné množství. Zkumavky můžeme ocejchovat a sledovat vylučování plynu v čase. Katoda Zátka Anoda Vodík Kyslík Zkumavka Zkumavka Kádinka s vodou a kys. sírovou
9. Poniklovávání kádinka, 1 litr destilované vody, 170g síranu nikelnatého, 120g síranu sodného, 20g chloridu draselného, 20g kyseliny borité, nikl (anoda), uhlíková katoda a) vytvoříme elektrolyt rozpuštěním 170g síranu nikelnatého, 120g síranu sodného, 20g chloridu draselného, 20g kyseliny borité v jednom litru destilované vody b) Ponoříme elektrody do elektrolytu. Jako anodu použijeme kousek niklového drátu, jako katodu (na té se bude vylučovat nikl) použijeme uhlíkovou tyčinku. c) Niklovací lázeň zahřejeme na pracovní teplotu 30 C - 40 C d) Zapojíme všechny články do série, vystavíme je kolmo přímému slunci a pozorujeme. Napětí i proud jsou pro tuto práci téměř ideální.
Dílenského cvičení Solární dům se v rámci projektu Zručná věda zúčastnily následující školy: ZŠ Aloisina Výšina, Liberec ZŠ a MŠ Doctrina, s. r. o., Liberec ZŠ a MŠ Hejnice ZŠ Jablonec n. Nisou, 5. Května ZŠ Ještědská, Liberec ZŠ a MŠ Josefův Důl ZŠ Kaplického 384, p. o., Liberec ZŠ Na Výběžku 118, Liberec ZŠ Masarykova, Zásada Nejzdařilejší prací bylo s ohledem na preciznost provedení a kreativitu shledáno dílo žáků ZŠ Aloisina Výšina, viz foto. Všem účastníkům děkujeme za účast a těšíme se na další spolupráci.