Лабораторна робота
Дослідження сонячної батареї з транзисторів
Мета: ознайомитись з принципами роботи сонячної батареї з транзисторів, дослідити залежність напруги батареї від довжини хвилі падаючого світла, від температури батареї. Визначити ККД сонячної батареї.
Обладнання: сонячна батарея на транзисторах, вольтметр, амперметр, реостат, гальванометр, люксметр, набір світлофільтрів, лампа денного світла, нагрівальний елемент, термопара.
Хід роботи
Ознайомитись з будовою сонячної батареї на транзисторах.
За допомогою світлофільтрів дослідити залежність напруги батареї від довжини хвилі падаючого світла. Для цього світлофільтр розміщують між лампою денного світла і батареєю таким чином, щоб світло, що пройшло через фільтр, покривало всю площу лампи. Дані занести в таблицю. Побудувати графік залежності U=f(λ).
Довжина хвилі, нм |
Колір фільтра |
U, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дослідити залежність напруги сонячної батареї від температури самої батареї. Для цього батарею поміщаємо на піч. Значення температури отримуємо з показів термопари на гальванометрі. Покази знімаємо з кроком 3 mВ. Нагрівання триває до температури 60 0С. Отримані дані занести в таблицю та побудувати графік залежності U=f(t).
t, C
U, mB
ККД сонячної батареї визначаємо за формулою
, (1)
де – потужність сонячної батареї під навантаженням, – потужність падаючого світла.
Потужність сонячного елемента під навантаженням визначаємо за допомогою наступної схеми:
Навантаження задаємо за допомогою реостата. Знімаємо покази напруги та сили струму. Потужність батареї рівна знаходимо за формулою:
Світловий потік обчислюємо за формулою Ф=ES, де E – освітленість, S – площа поверхні, на яку падає світло. Освітленість, вимірюємо за допомогою люксметра. Також вимірюємо площу поверхні батареї.
Скориставшись співвідношенням, що 1 Вт ~ 20 лм, знайдемо потужність випромінювання у ватах.
Тоді, скориставшись формулою (1) знайдемо ККД сонячної батареї:
На основі проведений дослідів зробити висновки.
Термогенератор на термопарах Теоретична частина
Термопа́ра — чутливий елемент термоелектричного перетворювача у вигляді двох ізольованих провідників із різнорідних матеріалів, з'єднаних на одному кінці, принцип дії якого ґрунтується на використанні термоелектричного ефекту для вимірювання температури. Використовується у устаткуванні для вимірювання температури, а також для прямого перетворення енергії тепла в електричну енергію у тих випадках, коли доцільно уникнути рухомих деталей (наприклад, у космосі). Поглинання тепла при проходженні електричного струму через контакт використовується в холодильниках, тощо.
Принцип дії термопари базується на термоелектричних явищах (ефекті Зеєбека). Термопара складається з двох провідників, сполучених кінцями так, що вони утворюють два контакти.
Ефект Зеєбека - явище виникнення ЕРС в замкнутому електричному ланцюзі, що складається з послідовно з'єднаних різнорідних провідників, контакти між якими знаходяться при різних температурах.
Є кілька причин виникнення ефекту Зеєбека.
Якщо вздовж провідника існує градієнт температур, то електрони на гарячому кінці набувають більш високі енергії і швидкості, ніж на холодному; в напівпровідниках на додаток до цього концентрація електронів провідності зростає з температурою. В результаті виникає потік електронів від гарячого кінця до холодного і на холодному кінці накопичується негативний заряд, а на гарячому залишається нескомпенсований позитивний заряд. Процес накопичення заряду продовжується до тих пір, поки виникла різниця потенціалів не викличе потік електронів у зворотному напрямку, рівний первинному, завдяки чому встановиться рівновага.
ЕРС, виникнення якої описується даними механізмом, називається об'ємною ЕРС.
Якщо в твердому тілі існує градієнт температури, то число фононів, рухомих від гарячого кінця до холодного, буде більше, ніж у зворотному напрямку. В результаті зіткнень з електронами фонони можуть захоплювати за собою останні і на холодному кінці зразка накопичуватиметься негативний заряд (на гарячому - позитивний) до тих пір, поки виникла різниця потенціалів не врівноважить ефект захоплення.
Ця різниця потенціалів і являє собою третю складову термоерс, яка при низьких температурах може бути в десятки і сотні разів більше розглянутих вище.