Сегодня я хочу вам рассказать про «поделку», которую мы сделали с сыном, для его проекта и участия в конкурсе исследовательских работ. Исследовательский проект сына занял 2 место в России, в возрастной категории 9-10 лет по направлению «физика-математика».
Гордость моя подрастает.
В проекте затрагивались физические процессы отражения и поглощения солнечных лучей разными материалами, а также поиск наиболее доступных материалов для создания вогнутого зеркала с высоким КПД, с последующим нагревом воды.
Первый прибор (если его можно так назвать) требовалось соорудить как раз для демонстрации отражения и поглощения светового потока разными материалами.
Основанием прибора послужил кусок дверного обклада МДФ шириной h=200мм и длиной L=450мм
Из этого же материала была сделана: «мишень» (место попадания луча света) L=220мм,
«экран» (предотвращает прямое прохождение луча света) L=180мм
Мишень перпендикулярно крепится к торцу основания, двумя металлическими уголками мебельной фурнитуры 50 х 50, на саморезы.
Такими же уголками, на саморезы, на расстоянии L =230 мм от мишени, перпендикулярно, на высоте 30мм от основания, крепится «экран».
На другом конце платформы на два самореза крепится держатель для фонаря и лазера. Сделан он из крепления кухонного рейлинга, с посадочным креплением диаметром 25 мм. Просверлив отверстие диаметром 4,6 и нарезав резьбу М5 х 0.8 установил крепежный винт, для зажима фонаря и лазера.
Подготовили с сыном разные материалы для проверки отражающей способности разных поверхностей.
- Черный бархат
- Белая поверхность (самоклейка)
- Зеркальная серебряная поверхность (зеркальный скотч)
- Золотая поверхность ("золотая" зеркальная пленка)
Отраженный свет от разных поверхностей, дает разное количество света на мишени и разной рассеянности.
Данный аппарат помог объяснить МАКСИМАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ именно ОТ ЗЕРКАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
Далее мы стали думать над изготовлением солнечного концентратора
Вариантов было несколько.
1) -Зонт с приклеенными зеркалами на внутренней поверхности.
Недостаток: при кажущейся простоте изготовления, готовый прибор получился бы очень тяжелым и не складным. Вес зеркал для покрытия 1/3 поверхности зеркала составил больше 1 кг. Этот вариант отпал.
2) - Картонные кольца, расположенные одно в другом, покрытые зеркальной фольгой, и имеющие наклон поверхности на определенный угол - внутрь кольца. Такая линза делается по принципу линзы Френеля и представляет собой оптическую деталь со сложной ступенчатой поверхностью. (Может заменить как сферическую, так и цилиндрическую линзы, а также другие оптические детали, например, призмы.
Имеется существенный недостаток: для получения сильного луча, нужна большая, легкая и мобильная поверхность для размещения колец, так же возникает сложность с точной установкой угла наклона поверхностей колец, и их жесткой фиксацией (любая неточность - рассеивает и ослабляет фокусировку луча), по этому такой вариант тоже отпал.
Очередная идея пришла практически сразу. Мы решили сделать зеркало из пленки, которую используют для отражения солнечных лучей на окнах. Она достаточно прочная и «зеркальная». Для получения вогнутости, нужно было придумать, как выгнуть ее в сегмент сферы.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОГО КОНЦЕНТРАТОРА
В «шестерочке» мы купили зеркальную пленку, которая используется на окнах, её ширина 600мм
Долго искали подходящую по размеру пластиковую емкость, и вот в строительном магазине нашли емкость - ведро с широким и гладким «горлом» диаметром 550 мм, пленка как раз перекрывает всю его ширину.
У нас было несколько вариантов для приклеивания пленки к ведру. Несколько видов клея и скотча. Оказалось, что лучше всего держит 2х-сторонний скотч, а для того, чтобы усилить герметичность соединения и добавить «зеркальности», сверху по периметру мы заклеили зеркальным скотчем.
Сбоку емкости просверлили отверстие и вставили в него автомобильный вентиль от колес автомобиля, предварительно вывернув из него, так называемый «золотник». Внутрь вентиля вклеили «обратный клапан», который купили в зоомагазине (он обычно используется для аквариума) именно он не дает возможности попадания воздуха обратно в камеру с вакуумом.
Натянув пленку на наклеенный, по периметру емкости, двусторонний скотч - у нас получился красивый зеркальный барабан.
Откачав воздух через обратный клапан, мы увидели красивую, ровную поверхность вогнутой линзы. На фотографиях видно, как меняется отражение от вогнутости пленочного «зеркала».
Требовался эксперимент по нагреву воды, с помощью сфокусированных солнечных лучей, мы подобрали баночку из черного пластика (черный цвет лучше всего поглощает солнечные лучи). Привязали к баночке шнурок, для того чтоб подвесить её с налитой внутрь водой.
Выбрав солнечный день, вышли с сыном на открытый солнцу участок.
Установили фотоштатив и закрепили на нем уголок, на его конец привязали шнурок с баночкой, в которую налили воду. Установили наше искусственное зеркало под таким углом, чтоб точка фокусировки лучей от зеркала была направлена на дно емкости с водой.
За 12 минут вода нагрелась до 50°С, начали появились пузырьки, а спустя еще 9 минут вода закипела, значит температура воды достигла 100°С
Конструкция солнечного концентратора получилась очень легкой, мобильной, с копеечными затратами.
Если поискать строительную емкость с более широким горлом и меньшей высоты, то придется искать более широкую зеркальную пленку (либо соединять два куска зеркальным скотчем)
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
