A LEGO modellek el készítése és használata A LEGO Napelem A legjobb eredményt akkor érjük el, ha a napelemet szembe helyezzük a fényforrással. Minél nagyobb a fény intenzitása, annál több elektromosságot termel a napelem. Azonban minél közelebb helyezzük a fényforrást a napelemhez, annál jobban melegíti azt, ami a napelem túlmelegedéséhez vezethet. A napelem megfelel en m ködik ablakon keresztül is, természetes fény hatására, de a legnagyobb eredményesség érdekében ajánlatos hagyományos asztali lámpát használni. Érdemes a tanulókat figyelmeztetni arra, hogy az ilyen lámpák nagyon felmelegedhetnek. A Szélmalom Egy hagyományos asztali ventilátor elegend szelet generál a szélmalom számára. A ventilátornak a biztonság érdekében megfelel rácsozással kell rendelkeznie, hogy ne szorulhasson be a lapátok közé a felhasználó keze vagy ujja. Tegyük meg a szokásos el vigyázatossági lépéseket és figyelmeztessük a tanulókat, hogy ne tegyenek semmilyen tárgyat a ventilátor lapátok közé. A megfelel eredmény elérése érdekében állítsuk a ventilátort stabil helyzetbe. A Vízimalom A vízimalom modell kialakítása lehet vé teszi, hogy a legtöbb laboratóriumi mosogatótálcán alkalmazható legyen. Némi változtatás kézenfekv lehet a modell kialakításában, hogy a víz közvetlenül a malom lapátjai közé zúduljon. Néhány esetben érdemes lehet a csap végére egy gumicsövet tenni segítségként. A modell szabad vége fix helyzetben tartható egy laboratóriumi pillanatszorító segítségével. A fröccsenés ellenz megvédi a generátort a vízt l, de szükséges lehet azt egy m anyag zacskó segítségével letakarni, a további védelem érdekében. A motor/generátor nem vízálló.
1
Speciális alkatrészek
A LEGO Kondenzátor vebb technikai leírás a kondenzátorról az építési segédlet végén található. A kondenzátor egység egy 1 Farad (1F) kapacitású kondenzátort és egy kiegészít áramkört tartalmaz, ami lehet vé teszi, hogy a motorral/generátorral és a napelemmel együtt használjuk. Ez az áramkör látja el az egység túlfeszültség elleni védelmét egészen 18 V-ig, mindkét irányban. A KONDENZÁTOR CSATLAKOZTATÁSA A kondenzátort nem tudjuk teljesen feltölteni, ha az nem megfelel en csatlakozik, vagy a generátor rossz irányba forog. Fontos, hogy pontosan úgy csatlakoztassuk a kondenzátort, ahogy az a segédlet 40. oldalán látható, és a generátort az óra járásának megfelel en forgassuk. Ha így forgatjuk, akkor (+) töltés keletkezik a generátor bal oldalán (pirossal jelölve). A generátor jobb oldalán (feketével jelölve) pedig azonos mennyiség (-) töltés képz dik. MIT TEGYÜNK, HASZNÁLTUK?
HA
EL SZÖR
TÖLTJÜK
A
KONDENZÁTOR,
VAGY
RÉGEN
Javasoljuk a tanulóknak, hogy mindig addig töltsék a kondenzátort, ameddig a piros lámpa világítani nem kezd, ezután használják a motort a kondenzátor kisütésére. Ezzel „betanítjuk” a kondenzátort, aminek köszönhet en az képes lesz megfelel energiát szolgáltatni a kísérletezések során. Ha hosszabb ideig tárol töltést a kondenzátor, akkor a kés bbiekben tovább fog tartani a feltöltése. Ez abból adódik, hogy az összes kondenzátor, bele értve a LEGO kondenzátort is, egy id után elveszíti azt a töltést, amire feltöltöttük. Példának vegyük, hogy a motor m ködéséhez 1V minimális feszültség szükséges. Ennek következtében, ha teljesen feltöltjük a kondenzátort és csatlakoztatjuk azt a motorhoz, majd addig m ködtetjük vele a motort, amíg meg nem áll, akkor a kondenzátorban marad még 1V feszültség. Ha ezután újratöltjük, akkor csak 1V-ról kell 2,5V-ra töltsük, és nem 0V-ról, ahogy el ször tettük. TÁROLT ENERGIA 2,5 V-os töltöttségnél, a kondenzátor 3,125 J energiát tárol. Amikor a motor megáll 1V-os töltöttségnél, akkor a kondenzátor még 0,5 J energiát tárol. Így az átalakítható energia 3,125 J – 0,5 J = 2,625 J. HOGYAN VIGYÁZZUNK A KONDENZÁTORRA? -
Tartsuk a kondenzátort szárazon.
-
Ne tegyünk rövidzárat a kapcsai közé.
-
Védjük a fizikai sérülésekt l.
2
A LEGO Napelem vebb technikai leírás a napelemr l az építési segédlet végén található. A napelemet egy speciális, m anyag keretbe foglalták és szabványos LEGO csatlakoztatási lehet séggel látták el. Úgy alakították ki, hogy széles fényer sség határok és h mérsékleti értékek között legyen képes m ködni. Ideális esetben beépítése és helyzetének beállítása úgy történik, hogy a fény megfelel szögben (mer legesen) esik a felületére. A LEGO napelem 7 db napelem cellából és egy diódából áll. Ezek sorba vannak kötve egymással, így a teljes, keletkez feszültség = 7 x 0,4V (összesen, körülbelül 2,8V).
Ha a napelem valamekkora felületét le szeretnénk fedni, azért hogy változtassuk annak teljesítményét, akkor a megfelel eredmények elérése érdekében érdemes azt vízszintes irányban letakarni, párhuzamosan a hajlított oldalával. A napelem oldalával párhuzamosan történ , függ leges irányú lefedése kevésbé szemléletes eredményeket fog szolgáltatni. A teljes feszültség és áram a megvilágított felület nagyságától függ. Ez a példa nagyjából 25% áramot termel, a teljes megvilágításhoz viszonyítva.
Teljes feszültség – 25% áram. Az a cella, amelyik a legkevésbé van lefedve, határozza meg a maximális áramot.
Ez a megoldás nem fog áramot szolgáltatni.
Az ideális fényforrás a teljesen természetes napfény. Ha mesterséges fényt használunk (izzó lámpa), legyünk óvatosak. Általában az izzó lámpák sok h t termelnek, ezért csak rövid ideig használhatóak. Továbbá a lámpát tartsuk megfelel távolságra a napelemt l (minimum 8cm). HOGYAN VIGYÁZZUNK A NAPELEMRE? -
A napelem nem vízálló.
-
Ne tegyünk rövidzárat a napelem kapcsai közé.
3
A LEGO Motor vebb technikai leírás az elektromos motorról az építési segédlet végén található. A LEGO motor egy motor és egy sebességváltó kombinációja. A sebességváltó lecsökkenti a nagy fordulatszámú motor terhelés nélküli fordulatszámát 350 fordulat/perc-re. A motor 1V-os tápfeszültségnél kezd forogni, de a maximális 9Vos feszültséget nem szabad meghaladni. GENERÁTOR ÜZEMMÓD A LEGO motor elektromos generátorként is használható. A motor tengelyének forgatásakor a tekercs az állandó mágnes mágneses mezejében mozog. Ez elektromos áramot indukál (generál) a tekercsben. A motorban található csúszó kontaktusok, vagy szénkefék szállítják az áramot a küls csatlakozások felé. Motor üzemmódban a sebességváltó a tekercsek fordulatszámát csökkenti. Generátor üzemmódban a sebességváltó meggyorsítja a mozgást, hogy a tekercsek fordulatszáma minél nagyobb legyen. Ha a motort generátorként használjuk, nem szabad a tengelyt gyorsabban forgatni, mint amit a kézzel való forgatás enged. HOGYAN VIGYÁZZUNK A MOTORRA -
A motor nem vízálló.
-
A maximális 9V-os feszültséget nem szabad meghaladni.
-
Nem szabad a motort „megállított” állapotban hagyni, tehát miközben tápfeszültségre van téve nem szabad a forgásban akadályozni.
-
Generátor üzemmódban, a kimeneti csatlakozási pontokat nem szabad rövidre zárni.
4
szaki leírás Motor a. Specifikáció -
Maximális feszültség: 9V. Kb. 1V-tól m köd képes.
-
Terhelés nélküli fordulatszám: 350.
-
Terhelés nélküli áramfelvétel: 5mA.
-
Blokkolási áram: 350 mA.
b. Figyelmeztetés
-
A motor nem vízálló.
Napelem a. Specifikáció -
3V, 200mA szabad ég alatt, teljes napsütésben.
-
3V, 100mA házon belül, ablakon keresztül, teljes napsütésben.
-
2,5V, 8mA házon belül, 60W-os izzóról, 25cm távolságra a napelemt l (2000lux).
b. Figyelmeztetés -
Ne hajlítsuk meg, és ne nyomjuk be túlzottan a napelem m anyag ablakát.
-
Ne lépjünk rá, illetve ne helyezzünk nagy tömeget a napelemre.
5
-
A napelem nem vízálló.
Kondenzátor a. Specifikáció -
1Farad-os, 2,5V-os elektrolit kondenzátor.
-
Normál m ködési feszültség: 2,5V.
-
Maximális töltési feszültség: 4V.
-
Maximális töltési és kisütési áramer sség: 0-250mA.
-
Teljes töltöttségnél (2,5V-nál) kigyullad a piros jelz LED.
-
Fordított polaritás ellen védett. Ebben az esetben nem tud teljesen feltölt dni.
b. Figyelmeztetés
-
A kondenzátor nem vízálló.
A napelem, a kondenzátor és a generátor csatlakoztatása A (+) és a (-) pólus beazonosítása, A piros épít elem azonosítja a (+), a fekete pedig a (-) pólust. A napelem és a kondenzátor a anyagba ágyazva tartalmazza a (+) és a (-) pólust. A napelem és a kondenzátor esetében, mindig helyezzünk piros épít elemet a (+) pólus és fekete épít elemet a (-) pólus jelzésére figyelmen kívül hagyva, hogy töltésr l, vagy kisütésr l van szó. Lásd lentebb az „a” jelzés illusztrációt. (+) és (-) a generátoron. A tengely óra járásának megfelel en való mozgatásakor a (+) pólus baloldalon, a (-) pólus pedig jobb oldalon alakul ki, ha a generátort szemb l nézzük. A „b” jelzés illusztráción a piros és fekete épít elemek ennek megfelel en vannak elhelyezve. Annak a jelzésére, hogy a motort generátor üzemmódban használjuk, a tetejére két zöld épít elemet helyezünk el. Ez az építési útmutató alapján történik. Lásd a „c” jelzés illusztrációt.
6
Az összes vezeték a (+) és (-) pólusnak megfelel en van ellátva piros és fekete épít elemekkel. Lásd a „d” jelzés illusztrációt. MEGJEGYZÉS: A kondenzátor csak abban az esetben tölt, ha a (+/piros) és a (-/fekete) pólust helyesen csatlakoztatjuk a napelemhez, vagy a generátorhoz. Ha a kondenzátort helytelenül csatlakoztatjuk, az nem fog benne kárt okozni.
7
