Перетворення енергії світла в електричну енергію

мультиметр

сонячна батарея

іоністор

світлодіод

● двигун постійного струму малої потужності

● Сонячна батарея – пристрій для перетворення енергії світла в електричну енергію.●Сонячні батареї складаються з фотоелектричних перетворювачів. Кожен перетворювач вловлює світло, зазвичай – у видимій та інфрачервоній ділянці спектра, та, за допомогою фотоелектричного ефекту, генерує електричну напругу. Сонячні батареї є головними елементами сучасних сонячних електростанцій.● Іоністор або суперконденсатор – електрохімічний прилад, що займає проміжне положення між конденсаторами та акумуляторами. Будова іоністора схожа на будову конденсатора, однак, обкладками служить подвійний електричний шар на межі електрода та електроліту. Також, додаткова ємність досягається завдяки так званій псевдоємності, пов'язаній з електрохімічними процесами. Це відрізняє його від конденсаторів – де енергія зберігається чисто електростатично, але й від акумуляторів, оскільки електрохімічні процеси в іоністорі – значно швидші за ті, завдяки яким акумулятори можуть накопичувати електроенергію.● Ємність іоністорів помітно більша за ємність конденсаторів, хоча й менша за ємність акумуляторів. Їх максимальні швидкості заряджання та розряджання близькі до таких у конденсаторів, зокрема, вони можуть віддавати накопичену енергію швидше. Щоправда, і саморозряджання у них швидше, ніж в акумуляторів. Завдяки високій густині збереженої енергії, іоністори можна використовувати як джерела струму у звичайних електричних колах.●Використавши сонячну батарею та іоністор можна скласти електричне коло, яке буде моделювати сучасне екологічно чисте домогосподарство.

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання. Дослід варто проводити на відкритому повітрі, днем, краще – близько полудня і за ясного неба. Чим більше хмар чи нижче сонце над горизонтом, тим гіршими будуть результати. А ось зимою чи літом проводити дослід – неважливо (на холоді ємність іоністора трохи зменшиться).2. Приєднаємо сенсор освітлення до мультиметра. Увімкнемо останній та коротким натисканням на кнопку налаштування приладу переведемо його у режим вимірювання освітленості. Звертаємо увагу на покази мультиметра – дослід проходить успішно за загального рівня освітлення 4000–8000 мВт/м2 чи більше.3. Приєднаємо сонячну батарею до мультиметра у режимі вольтметра. Звертаємо увагу, що, за достатнього рівня освітлення, напруга, створена батареєю – її ЕРС, складає близько 6,5 В.4. Приєднаємо до сонячної батареї світлодіод. Звертаємо увагу, що світлодіод слабко світить. Це пов’язане з малою потужністю сонячної батареї – струм у діоді малий.5. Приєднаємо до сонячної батареї двигун постійного струму малої потужності – звертаємо увагу, що він починає швидко обертатись. Тепер приєднаємо до сонячної панелі двигун великої потужності й бачимо, що він залишається нерухомим. Отож, потужність сонячної батареї достатня, щоб змусити рухатися двигун постійного струму низької потужності, але недостатня для двигуна великої потужності.6. Приєднаємо до контактів іоністора мультиметр у режимі вольтметра. Навіть розряджений іоністор може мати залишкову напругу на своїх контактах, 100–200 мВ. Цей мультиметр ми будемо використовувати для контролю процесу зарядки іоністора.7. За допомогою вольтметра визначаємо полярність іоністора та приєднуємо до нього сонячну батарею дотримуючись полярності – полюс “+” іоністора приєднуємо до полюса “+” сонячної батареї і “-” до “-”.8. За добре освітленої сонячної батареї, іоністор повністю зарядиться через кілька хвилин – на екрані мультиметра ми будемо бачити напругу 5,0–5,5 В.9. Від'єднаємо іоністор від сонячної батареї та приєднаємо до нього світлодіод. Звертаємо увагу, що світлодіод світить помітно яскравіше, ніж від сонячної батареї безпосередньо.10. Від'єднаємо світлодіод та приєднаємо до контактів іоністора двигун великої потужності. Звертаємо увагу, що заряджений іоністор може постачати достатню потужність – створювати достатньо великий струм, щоб змусити обертатись цей двигун, хоча частота його обертів буде низькою. 11. Нарешті від'єднаємо потужний двигун і приєднаємо до контактів іоністора двигун малої потужності. Звертаємо увагу, що цей двигун починає швидко обертатись. 12. Наголошуємо, що кроки 9–11, потрібно виконувати швидко, приєднуючи різні прилади до іоністора лише на короткий час, оскільки світлодіод та, особливо, потужний двигун, доволі швидко його розряджатимуть.

Під час виконання досліду ми склали модель екологічно чистого домогосподарства:● спершу ми за допомогою сонячної батареї перетворюємо енергію світла на електроенергію;● далі її накопичуємо в іоністорі, який у нашому досліді виконує роль буферної акумуляторної батареї;● потім накопичену енергію перетворюємо на корисну енергію світла та механічну енергію, за допомогою різних електроприладів.