BALLONGBIL. Syfte Eleven får bekanta sig med energiomvandlingar från muskelenergi (lungorna) via lagrad energi i tryckluft till rörelseenergi.

Transkript

1 Slutsatser Elektrolys ger möjlighet att lagra energi från till exempel solceller i form av kemisk energi i vätgas. Vätgasen kan i en bränslecell avge sin energi som el för att driva en bil. Bränslecellen avger bara rent vatten som restprodukt. Tillämpningar Bränsleceller kan tillverkas i varierande storlekar, från små experimentceller med mindre än 1 W uteffekt till stora anläggningar med många celler sammankopplade till kraftverk på hundratals kilowatt. De har använts i rymd- och ubåtstillämpningar, men utvecklas nu även för andra ändamål. I Bara utanför Malmö finns en bränslecell på 200 kw inkopplad på elnätet. Bränsleceller är ännu dyra, men kan i en framtid ge stora bidrag till elförsörjningen. Effekten går att reglera mycket snabbt. De kan därmed bli ett utmärkt komplement till den varierande effekten från solceller och vindkraftverk. Även för drift av bilar med elmotor kan bränsleceller i en framtid vara ett alternativ till stora tunga uppladdningsbara batterier. Bränslet skulle kunna vara vätgas producerad genom elektrolys vid stora solcellsanläggningar i solrika områden. Men även biobränslen som metangas eller alkohol kan utnyttjas i bränsleceller.

2 10 plus Syfte Eleven får bekanta sig med energiomvandlingar från muskelenergi (lungorna) via lagrad energi i tryckluft till rörelseenergi. Denna utrustning behöver du Ballongbil (Zenit ab Läromedel) BALLONGBIL Experimentera Hur långt kan du få ballongbilen att köra? Varifrån kommer energin som får bilen att köra? Prova att själv bygga en ballongdriven bil. Kommentarer till experimentet Den energimängd som lagras i tryckluften i ballongen är cirka 10 J. *** Övertrycket i en vanlig ballong är cirka p = Pa. Det är ganska oberoende av hur mycket ballongen är uppblåst. Volymen på en fullt uppblåst ballong är cirka V = 4 liter = 0,004 m 3. Den lagrade potentiella energin kan beräknas som W = p * V = * 0,004 J = 10 J. Tillämpningar Bussar i stadstrafik slösar mycket energi genom att bromsa bort rörelseenergi vid varje hållplats. Det finns bussar som bromsas genom att hjulen får driva en luftpump, som pumpar tryckluft i en tank. Energin lagras medan bussen står stilla. När bussen skall starta får tryckluften hjälpa till att driva bussen.

3 EXPERIMENTBESKRIVNINGAR FÖR ELEVER

4 BYGG EN SOLDRIVEN BIL KORT VERSION Vilken bil är snabbast? Vilken bil klarar svagast sol? Vilken bil klarar uppförsbackar bäst? Prova utomhus och inomhus Prova i soligt, molnigt och mulet väder Vinkla solcellen Byt hjul Ändra styrning Använd två solceller.

5 BYGG EN SOLDRIVEN BIL UTFÖRLIG VERSION Så här kan du bygga bilen Roligast är att bygga bilen efter egna idéer, men här är några tips. Skär ut en platta av papp eller plast Limma sugrör som främre hjulaxel - använd limpistol. Låt axeln (träpinne) sitta i medan du limmar för att hindra att sugröret kroknar av det varma limmet Montera däck av cykelslang på trähjulen Fäst motorn med pappersklämmor Koppla ihop solcell och motor med en kopplingsplint ( sockerbit ) Fäst solcellen med häftmassa Provkör. Experimentera Prova att bygga bilen på olika sätt. Variera styrning, hjulstorlek, hjultyp, motor, utväxling med mera Testa vilken modell som startar lättast, kör fortast, klarar hinder bäst, klarar svag instrålning och styr bäst och så vidare.

6 EL FRÅN SOLEN KORT VERSION Solcell med radio Solcell med fläkt Solcell med mätinstrument Testa också Hur skall solcellen riktas? Tag en lös spegel och rikta solkatten mot solcellen Samarbeta med varsin spegel. Vad blir dagens rekord?

7 EL FRÅN SOLEN UTFÖRLIG VERSION En solcell omvandlar solenergi till el. Du kan prova att koppla en fläkt till solcellen och känna när den blåser bäst. Du kan också koppla till ett mätinstrument. Du kan undersöka: Hur skall solcellen riktas? Vrid solcellen både i sidled och höjdled. Hur skall den stå för att ge mycket ström? Vad händer när solen går i moln? Håll ett moln av plexiglas framför solcellen. Ställ solcellen med baksidan mot solen. Koppla in radion. Tag en spegel i handen och försök rikta solkatten mot solcellen. När du lyckas spelar radion. Samarbeta med solkatter. Ställ solcellen med baksidan mot solen. Koppla in ett mätinstrument. Tag varsin spegel och försök rikta allas solkatter rätt. Hur stor blir strömmen när alla prickar rätt? Vad blir dagens rekord?

8 BYGG EN BIL SOM LADDAS AV SOLCELLER KORT VERSION Låt solcellerna ladda batteriet i 5 minuter. Hur länge kör bilen på en laddning? Hur långt kör bilen på en laddning?

9 BYGG EN BIL SOM LADDAS AV SOLCELLER UTFÖRLIG VERSION En solcellsbil fungerar bara när solen skiner. Och om man parkerar bilen får man ingen nytta av energin från solcellen medan bilen står stilla. Med ett laddbart batteri löser man båda de här problemen. Så här bygger du bilen Byt ut solcellen i solcellsbilen mot en batterihållare med två laddbara batterier. Se till att batterierna är helt urladdade från början Det behövs två solceller för att ladda batteriet Seriekoppla de två solcellerna så här: Koppla ihop pluspolen (röda ledningen) från ena solcellen till minuspolen (svarta ledningen) på den andra solcellen Nu skall du använda de fria ledningarna, röd och svart, att koppla till batteriet Koppla från plus på solcellen till plus på batteriet och från minus på solcellen till minus på batteriet Placera solcellen i solljus eller en halv meter från en 500 W halogen bygglampa. Ladda i några minuter, koppla sen loss solcellen Koppla bilmotorn till batteriet och kör. Uthållighetsrally Låt alla ladda sina bilar under lika lång tid, till exempel 5 minuter Tävla om vilken bil som kan köra längst sträcka. Tävla om vilken som kan köra längst tid.

10 BYGG EN SOLCELLSDRIVEN SPELDOSA KORT VERSION Prova om du kan få en speldosa att spela när solen skiner.

11 BYGG EN SOLCELLSDRIVEN SPELDOSA UTFÖRLIG VERSION Så här kan du bygga speldosan Det är roligast att bygga speldosan efter egna idéer, men här är några tips: Såga av veven på en speldosa Skruva fast speldosan i en träplatta Motorn monteras i en verktygsklämma. Klämman limmar du med limpistol på en träkloss, så att motoraxeln kommer mittför speldosans axel. Klossen limmar du mot träplattan. Axlarna skall vara nära varandra, cirka 5 milimeter avstånd är bra Koppla samman motoraxel och speldosa med en bit kopplingsplint ( sockerbit som används att skarva ledningar med) Koppla de båda trådarna från motorn till en solcell Solcellen fäster du med häftmassa, antingen direkt mot träplattan eller mot ett stöd så att den är riktad mot solen Färdigt att prova, i solsken eller under stark lampa. Kontrollera att motorn driver speldosan på rätt håll. Om inte, skifta anslutningstrådarna till solcellen. Motorn måste ha utväxling för att gå långsamt och bli stark. Solcellen måste kunna ge tillräckligt stor ström.

12 BYGG EN SOLCELLSDRIVEN FÄRGSNURRA KORT VERSION Prova Olika färger Svarta cirkelstreck Påklistrade småbitar av cd-skivor.

13 BYGG EN SOLCELLSDRIVEN FÄRGSNURRA UTFÖRLIG VERSION Så här kan du göra Det är roligast att göra snurran efter egna idéer, men här är några tips: Snurran är en cirkel av papp, cirka 10 cm i diameter. På skivan målas mönster i olika färger Gör hål i en liten gummikork och trä den på axeln till en motor På korken fäster du snurran med limpistol Limma fast en verktygsklämma på en pelare av trä. Pelaren limmar du på en bottenplatta. Sätt fast motorn i verktygsklämman Koppla sladdar från en solcell till motorn Prova att ställa snurran med solcellen vänd mot solen.

14 VILKEN YTA FÅNGAR VÄRMEN BÄST? KORT VERSION Hur skall en solfångare vara byggd för att fånga värmen? Gissa vilken platta som blir varmast Lägg handen på och känn efter.

15 VILKEN YTA FÅNGAR VÄRMEN BÄST? UTFÖRLIG VERSION Solfångare Solfångare kan man använda för att värma upp vatten, som kan bli varmvatten till disk och dusch. Varmvattnet kan också värma upp hus. Här kan du jämföra några olika plattor, och fundera över hur man skall göra för att fånga in solvärmen bäst. Gissa vilken platta som blir varmast Lägg handen på och känn efter Hur skulle du kunna göra solfångaren ännu bättre?

16 SOLUGN KORT VERSION Lådmodellen Lägg äppleklyftor eller prinskorvar i grytan och stek. Går det att laga mat med solvärme? Hur lång tid tar det? Vem kan ha nytta av en solugn? Hur skall du placera ugnen? Hur skall det speglande locket ställas upp? Kolla termometern.

17 SOLUGN UTFÖRLIG VERSION Lådmodellen Går det att laga mat med solvärme? Fungerar en solugn i Sverige? Prova! Lägg några äppleklyftor eller prinskorvar i grytan och stek. Tag god tid på dig. Hur skall du placera ugnen? Var är den bästa platsen för grytan? Hur lång tid tar det innan äppleklyftorna är mjuka? Kolla termometrarna! Avläs och gör en tabell Hur varmt kan det bli i grytan? Vem kan ha nytta av en solugn? Kan du hitta på andra sätt att bygga en solugn?

18 VARMVATTEN FRÅN SOLEN KORT VERSION Hur varmt blir vattnet? Hur lång tid tar det? Kan du förbättra solfångaren?

19 VARMVATTEN FRÅN SOLEN UTFÖRLIG VERSION Solfångaren är en svart plåt med ett rör igenom. Röret mynnar ut i en vattentank. När solen värmer den svarta plåten blir vattnet varmt. Det varma vattnet stiger upp i tanken och kallare vatten rinner till i solfångaren underifrån. Fyll tanken med kallt vatten (fyll på vid en av de stora korkarna) Sätt in solfångaren i lådan och sätt på glaset Sätt en termometer i öppningen på solfångaren Rikta solfångaren mot solen Kolla vattentemperaturen och gör en tabell med tid och temperatur Hur lång tid tar det att nå lagom duschtemperatur? Stiger temperaturen lika snabbt hela tiden? Hur kan du förbättra solfångaren? Tävla om vem som värmer vattnet snabbast. Ni kan prova: Olika riktning på solfångaren Olika värmeisolering bakom plåten Olika sidor av plåten fram: matt svart eller selektiv (lite blankare, rödaktigt svart) Reflektorer (speglar) för att öka solstrålningen på solfångaren.

20 BYGG ETT VINDKRAFTVERK KORT VERSION Vilken propeller snurrar snabbast? Prova att ändra Antal blad Bladets längd Bladets bredd Bladets vridning.

21 BYGG ETT VINDKRAFTVERK UTFÖRLIG VERSION Det här vindkraftverket ger elektrisk spänning och ström. Man kan testa olika varianter av propellrar och mäta vilken som ger högst spänning. Så här kan du bygga vindkraftverket Det är roligast att bygga vindkraftverket efter egna idéer. Särskilt propellern kan tillverkas på många olika sätt, men här är några tips. Använd en 1,5 V motor som generator Montera generatorn med verktygsklämma i ett torn av fyrkantstav på en träplatta Ställ tornet framför en bordsfläkt, gärna en större modell Ställ in en multimeter för spänningsmätning, likspänning, 2 V. Koppla den till generatorn. Nu kan du prova med olika propellrar och jämföra spänningen. Du kan nu variera en rad saker och testa hur vindkraftverket fungerar. Antal blad Bladets längd och storlek Bladets vridningsvinkel Typ av propellerblad Vindhastighet Vilken propeller ger högst spänning?

22 BIL MED BRÄNSLECELL KORT VERSION Prova att köra bilen direkt med solcellen Hur går det när ljuset blir svagt? Kör bilen med hjälp av bränslecellen.

23 BIL MED BRÄNSLECELL UTFÖRLIG VERSION Prova att köra bilen direkt med solcell Hur går det när ljuset blir svagt? Kör bilen med hjälp av bränslecellen Låt bränslecellerna laddas i solsken. Rikta solcellen direkt mot solen, vinkelrätt. Avläs nivån (gasmängden) i de båda tankarna en gång i minuten. Graderingen på tankarna är i milliliter (ml) Bildas det lika mycket vätgas som syrgas på en minut? Hur lång tid tar det att ladda tankarna fullt? Koppla bort solcellen och låt bilen gå i en cirkel. Hur länge kan bilen gå på en laddning? Hur lång sträcka går den på en laddning?

24 VEVRADIO Hur länge går radion efter 10 varv på vevgeneratorn? Går den lika länge på hög som på låg ljudnivå? Varifrån kommer energin till radion?

25 BALLONGBIL Hur långt kan du få ballongbilen att köra? Varifrån kommer energin som får bilen att köra? Prova att själv bygga en ballongdriven bil.

26 w w w. d y n a mi c d og. s e Klimatexperiment i skolan För mer information kontakta Åsa Ring, , asa.ring@malmo.se eller Camilla Pettersson, , camilla.pettersson@lund.se