G E B R U I K S A A N W I J Z I N G
Bestnr.: 11 15 62
Experimenteerdoos zonne-energie
Impressum
Omwille van het milieu 100% recyclingpapier
Alle rechten, ook vertalingen, voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een automatisch gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, of op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van CONRAD ELECTRONIC NEDERLAND BV. Nadruk, ook als uittreksel is niet toegestaan. Druk- en zetfouten voorbehouden. Deze gebruiksaanwijzing voldoet aan de technische eisen bij het in druk gaan. Wijzigingen in de techniek en uitvoering voorbehouden. © Copyright 1995 by CONRAD ELECTRONIC NEDERLAND BV Windmolenweg 42, 7548 BM Boekelo Internet: www.conrad.com
Belangrijk! Beslist lezen! Deze gebruiksaanwijzing is een integraal onderdeel van dit product. Er staan belangrijke aanwijzingen in betreffende het gebruik. Lees deze gebruiksaanwijzing zorgvuldig door!. Bij schades die ontstaan door het niet opvolgen van deze gebruiksaanwijzing vervalt het recht op garantie!. Wij zijn niet aansprakelijk voor schades die hiervan het gevolg zijn.
Algemene aanwijzingen en tips voor ouders en gebruikers Let op: sommige onderdelen van deze doos hebben puntige of scherpe hoeken en kanten. Er bestaat gevaar voor verwondingen! Technische veranderingen voorbehouden!
Samenstelling Bewaar deze gebruiksaanwijzing zorgvuldig.
Introductie Geachte klant, Hartelijk dank voor de aankoop van dit product. Lees deze gebruiksaanwijzing zorgvuldig door als u met deze experimenteerdoos aan de gang gaat. U dient zich beslist te houden aan alle aanwijzingen in deze handleiding. Bij vragen kunt u zich wenden tot onze Technische Dienst, Nederland: 053 – 428 54 80 Ma. – vr. 09.00 – 20.00 uur
2
3
Jouw KOSMOS experimenteerdoos met zonne-energie bevat de volgende onderdelen: Post 1 2 3 3a 3b 4 5 6 7 8 8a 8b 8c 9 9a 9b
4
Benaming Motor Zonnecel Gegoten delen Wielen Bevestigingsschijf Aansluitdraad rood zwart Slang Kunststofcanule Houten plank met opening Zak met kleine onderdelen Schroeven Sluitring Afsluitclip Set bedrukte vellen Uitknipmodellen Stansmodellen
Aantal 1 1 3 1 1 1 1 2 1 1 4 6 1 1 3 6
Inhoudsopgave
Pagina
Spelend leren met zonne-energie
6
Welke verlichting is geschikt?
6
Omvormen van licht in elektrische stroom
7
Motor en zonnecel worden bij licht actief
7
Onze zon, een onuitputtelijke energiebron
9
De zonnecel als energieomvormer
10
Montage van de houder voor de zonnecel
11
Helikopter op zonne-energie
12
Tanken bij het zonnepompstation
12
Montage van de zonnehelikopter
13
Een draaimolen zonder stroom uit het stopcontact
17
Bouwbeschrijving voor de draaimolen
18
Bewegende beelden in de miniatuurbioscoop
20
Opbouw van de miniatuurbioscoop
20
Hoe beelden leren lopen
21
Enkelspoorbaan
22
Montage van de enkelspoorbaan
22
Vermogenstest op het bergtraject
26
Stop de zon in je tank: de zonneauto
26
Montage van de zonneauto
28
Fraaie uitzichten
33
5
Spelend leren met zonne-energie
Omvormen van licht in elektrische stroom
Je zult het begrip model waarschijnlijk al wel eens ergens tegengekomen zijn. Vaak zijn modellen nodig om gecompliceerde of onoverzichtelijke dingen duidelijk weer te geven. Dat is bijvoorbeeld het geval bij architecten. Om het overzicht bij het plannen van een groot bouwwerk niet te verliezen, worden er soms modellen van het toekomstige gebouw gemaakt. Wat dus later in het groot gebouwd moet worden, om mensen voldoende woonruimte te bieden, staat eerst als te bekijken model - als een soort poppenhuis dus - op het bureau van de architect. De modellen die hier gebouwd kunnen worden zijn daarentegen verkleinde en vereenvoudigde nabootsingen van dingen die al bestaan. Het bijzondere ervan is, dat ze bewegingen uitvoeren zodra ze door voldoende licht beschenen worden. Je zult eerst een beetje geduld en knutselvaardigheden moeten hebben, om de modellen uit de voorgevormde onderdelen in elkaar te zetten. Maar het plezier dat je hebt als je met de in elkaar gezette modellen speelt, zal je voldoende schadeloos stellen.
Motor en zonnecel worden bij licht actief
Voor de aandrijving van de modellen dient een combinatie van motor en zonnecel. De zonnecel vormt het licht dat er opvalt om in een elektrische stroom. Deze stroom zorgt ervoor dat de motor de mechanische kracht kan opwekken. Overigens is de elektrische stroom die door een enkele zonnecel opgewekt wordt voor jou absoluut niet gevaarlijk.
Welke verlichting is geschikt? Om de zonnemodellen te laten bewegen moet er geschikt licht in voldoende mate op de zonnecel vallen. Als je geen direct zonlicht tot je beschikking hebt, is ook het licht van een 60W gloeilamp voldoende, die echter op niet al te grote afstand mag staan. Daarom is het gunstig een bureaulamp te gebruiken, waarvan de afstand van de werkplek veranderd kan worden. Door op spelende wijze met de hier beschreven zonnemodellen om te gaan, zul je het een en ander leren over waarvoor deze uiterst moderne techniek van de zonnecel geschikt is. Je kunt je kennis van deze op de toekomst gerichte techniek nog verder uitbreiden door alle hoofdstukken van deze handleiding op volgorde te lezen. Veel plezier ermee! 6
Afb. 1; zo worden de aansluitdraden op de zonnecel gemonteerd
Vooraf een klein experiment. Opdat dit uitgevoerd kan worden, moet tussen de motor en de zonnecel een elektrische verbinding tot stand gebracht worden. De zonnecel heeft hiervoor twee schroefaansluitingen. Draai van deze schroefaansluitingen de schroeven eraf. Steek het oog van de rode aansluitdraad op de met "+" gekenmerkte aansluiting en het oog van de zwarte aansluitdraad op de met "-" gekenmerkte aansluiting. Schroef daarna de moeren er weer op en draai ze zo vast aan, dat de ogen niet meer heen en weer kunnen schuiven. Nu is alles klaar voor de verbinding met de motor. Steek de verbindingsstift van de rode aansluitdraad in de steekhuls die zich aan de rode aansluitdraad van de motor bevindt, en doe hetzelfde met de verbinding van de beide zwarte draden. Als er nu licht op de zonnecel valt, produceert deze stroom, die naar de motor gevoerd wordt. 7
Om beter te kunnen zien of de as van de motor draait, moet je een 'vlaggetje' van plakband aan de as vastmaken. Richt de zonnecel op verschillende lichtbronnen en kijk daarbij, of en hoe snel de as van de motor draait. Je kunt er van uitgaan, dat de motor des te sneller en krachtiger draait, naarmate hij door de zonnecel beter van stroom voorziet wordt.
draaien van de as met je vingers af te remmen. Opdat de motor vergelijkbaar goed loopt bij het licht van een bureaulamp, zou je zonnecel al heel dicht bij een gloeilamp moeten houden. Dit is echter vanwege de daar heersende stralingswarmte niet aan te bevelen.
Onze zon, een onuitputtelijke energiebron De ouderdom van onze zon wordt door astronomen geschat op ongeveer 5 miljard jaar. Ze vermoeden ook, dat het nog zo'n 5 miljard jaar zal duren, voordat de loopbaan van de zon, als oplichtende ster, in de richting van de aarde afbuigt. Het licht van de zon zal de mens dus zo goed als eindeloos tot onze beschikking staan voor nuttige toepassingen.
Afb. 2: de draaiing van de motor geeft aan, hoe de stroomafgifte van de zonnecel door de soort verlichting beïnvloed wordt. i
Wissel de aansluitdraden van de zonnecel en motor maar eens om. Zoals je ziet, draait de motor nu de andere kant op. Hoe dicht moet je de cel bij een lichtbron brengen, opdat de motor begint te draaien? Probeer ook eens uit, of het licht dat door een tl-buis of door de beeldbuis van een tv uitgezonden wordt voor het aandrijven van de combinatie zonnecel - motor geschikt is. Hoorde bij de door jou uitgeprobeerde lichtbronnen ook de zon? Zo niet, dan moet je dat alsnog proberen. Als er direct zonlicht op de zonnevel valt, draait de motor naar verhouding snel. Bovendien wordt daarbij een goede trekkracht ontwikkeld, wat je makkelijk kunt vaststellen door te proberen het 8
Afb. 3: de door een loep van deze afmetingen geconcentreerde zonnestraling heeft dezelfde verwarmende kracht als een kookplaat.
Wat zit er echter in het licht van de zon, wat we kunnen gebruiken? Zoals je weet, produceert licht niet alleen helderheid. Als er bijvoorbeeld een 9
zonnestraal op je hand valt, voel je de verwarmende werking. Deze werking wordt nog duidelijker, als je de zonnestralen met een loep op een klein oppervlak concentreert. De hitte is daar zo groot, dat voorwerpen die op die plek gehouden worden zouden kunnen gaan branden. Als we een loep zouden hebben met een doorsnede van één meter, dan zou de gebundelde verwarmende kracht van het zonlicht ongeveer zo groot zijn als die van een elektrische kookplaat. Met geconcentreerd zonlicht is het dus zeer wel mogelijk om bijvoorbeeld een met water gevuld reservoir zo sterk te verhitten, dat het water erin begint te koken. Als de daarbij ontstaande damp naar een stoommachine geleid zou worden, dan zou die door de beweging van de zuigers arbeid kunnen verrichten. Aan de hand van deze praktisch mogelijke omvorming van licht in warmte en van warmte in mechanische beweging is duidelijk geworden dat licht in staat is arbeid te verrichten. Omdat deze mogelijkheid arbeid te verrichten aangeduid wordt als energie, kan gezegd worden dat licht energie bevat.
De zonnecel als energieomvormer Als dus, zoals in het vorige hoofdstuk uitgelegd is, zonlicht omgevormd kan worden tot mechanische beweging, dan is het niet zo ver meer om daar elektrische stroom mee op te wekken. De beweging hoeft alleen maar naar een dynamo geleid te worden en deze levert al stroom. Toch is deze manier om stroom op te wekken zeer omslachtig. Zonlicht wordt geconcentreerd; het verwarmt water; de daarbij ontstaande stoom drijft een stoommachine aan en deze de dynamo. Veel eleganter is daarentegen de opwekking van stroom uit licht met de zonnecel. Lichtenergie kan via de zonnecel direct omgevormd worden tot stroom. Een nadeel is echter, dat de zonnecel slechts een deel van de als licht opvallende zonne-energie tot elektrische stroom kan omvormen. Op dit moment zijn zonnecellen gebruikelijk, die ongeveer een tiende van de energie in zonlicht in stroom kunnen omzetten. Om niet al te dure zonnecellen te fabriceren, die een groter deel van het zonlicht in stroom kunnen omzetten, is nog veel onderzoek nodig.
10
Montage van de houder voor de zonnecel Verbindingsstappen
Lijmlipjes
Afb. 4: montage van de celhouder. De omgebogen lijmlipjes worden vastgelijmd op de kopse kanten In het begin van het vorige hoofdstuk heb je al gezien, hoe je de aansluitdraden op de zonnecel moet aanbrengen. Daarmee is de zonnecel eigenlijk al klaar voor gebruik. Om de zonnecel makkelijk met de modellen te verbinden, wordt de zonnecel in een behuizing geplaatst. Deze als celhouder dienende behuizing heeft vier verbindingstappen, die later simpel in de daarvoor aangebrachte gleuven van het model gestoken kunnen worden. Hoe de montage gedaan moet worden zie je in afb. 4. Klap de zijkanten net als bij een doos omhoog en bevestig de vier lijmlipjes met universele lijm. Wacht tot de lijm is opgedroogd.
Afb. 5: bevestiging van de zonnecel in de houder met achterop aangebracht plakband. 11
Nu wordt de zonnecel zo in de houder gelegd, dat het blauwe oppervlak volledig in het venster van de celhouder zichtbaar is. Plak, zoals te zien is in afb. 4, over de achterkant van de zonnecel en celhouder een strook plakband, om de zonnecel in deze positie in de houder aan te brengen.
Zuurstof
Waterstof
Afb. 6: principe van de elektrolyse: water wordt door gelijkstroom omgezet in waterstof en zuurstof.
Helikoper op zonne-energie Als je alles heel precies bekijkt, kun je bij de hier beschreven helikopter op zonne-energie slechts beperkt van een model spreken. De energiebehoefte van een echte helikopter is zo groot, dat de energie uit al het zonlicht dat op de helicopter valt, niet voldoende is voor de aandrijving.
Is dat geen prachtige truc? De helikopter zou met zonne-energie kunnen vliegen, zelfs als de zon niet schijnt. Daarvoor is het nodig de door zonnecellen opgewekte energie op te slaan. Zo'n opslag zou, afhankelijk van de zonneschijn, in gedeelten opgeladen kunnen worden, tot er genoeg energie voor een vlucht verzameld is. Afgezien van de mogelijkheid om zonne-energie in de vorm van waterstof op te slaan, zijn er nog andere chemische opslagplaatsen. De bekendste manier is de oplaadbare batterij, die we meestal accu noemen. Bij het laden kunnen zonnecellen de gewonnen stroom direct naar de accu voeren. In de accu speelt zich daarbij een proces af, waardoor de binnenkomende elektrische energie als chemisch reactieproduct opgeslagen wordt. Als er een verbruiker op de accu aangesloten wordt, dan werkt de chemische reactie omgekeerd en levert daarbij elektrische stroom.
Montage van de zonnehelikopter Op de uitknipvellen bevinden zich vier delen, waarmee de helikopter gemaakt kan worden. Knip deze vier delen uit. Plak eerst de beide helikopterhelften aan de voorkant van de cockpit aan elkaar. Je vindt op het dakgedeelte drie cirkels. Knip de grootste, middelste cirkel uit met een klein nagelschaartje. De beide kleine gaten kun je maken door er een spijker met dezelfde diameter in te steken. Plak dan, zoals
Tanken bij het zonnepompstation Als je toch een helikopter op zonne-energie wilt laten vliegen, zou je een soort zonnepompstation moeten maken. Dit zou een met zonnecellen ingericht grondstation kunnen zijn. De door de zonnecellen geleverde elektrische stroom zou daar dan eerst gebruikt worden om water te ontbinden. Bij een dergelijke ontbinding van water, wat je elektrolyse noemt, ontstaan de gassen zuurstof en waterstof. De ontstane waterstof kan opgevangen en verzameld worden. Voor de opslag en het transport zijn bijvoorbeeld stalen flessen geschikt; in deze flessen wordt de waterstof met hoge druk samengeperst. Omdat waterstof een brandbaar gas is, kan dit gas als energierijke brandstof voor een speciale motor van een helikopter gebruikt worden. 12
Afb. 7: Zo wordt het dak van de helikopter tussen de zijkanten gezet en daar vastgelijmd. 13
je in afb. 7 kunt zien, het dakgedeelte boven op de cockpit. Het naar achteren wijzende driehoekige deel van het dak wordt schuin naar onderen geklapt. Het ligt dan wigvormig tussen de beide aan elkaar te lijmen helften van het naar achter uitlopende zijroer.
J L I
M
Knip, zoals in afb. 8 getoond wordt, een kleine keep in de rand van de buis en voer de kabel daar naar de zijkant naar buiten. Lijm de buis op de gemarkeerde plek van de grondplaat. Steek nu de cockpit over de buis, zodat de as van de motor door het middelste gat van het dak steekt. Draai de helikopter, tot de schroefgaten van de motor precies onder de beide kleine gaten in het dak liggen. Leg de bevestigingsschijf passend met de gaten er op, en schroef alles met de twee kleine schroeven op elkaar. Voor het opstellen van de zonnecel is nu nog een drager nodig. Het daarvoor bedoelde stansdeel wordt gevormd tot een vierhoekige holle vorm en op de lijmlas gelijmd. Op het platform van de drager bevinden zich sleuven, waar de vier uitstekende tappen van de zonnecelhouder gestoken worden. Schuif voor je de houder er insteekt de aansluitdraden van de zonnecel door een van de ronde gaten in het platform.
Afb. 8: de buis waar de motor inkomt, wordt op de bodemplaat gelijmd Nu maken we een houder voor de motor en de helikopter. Hiervoor heb je de kleine vierkante bodemplaat en de gedeeltelijk met wolken bedrukte rechthoek nodig. Van het rechthoekige blad wordt een buis gevormd, die precies zo strak om de motor past, dat deze daar in blijft steken. Het verdient aanbeveling het blad voor te buigen. Wikkel het daarom om een bezemsteel. Omwikkel aansluitend de motor nauw aansluitend met het blad, zodat alleen de as aan er aan één kant uitsteekt. De aansluitkabel moet daarbij aan het andere uiteinde toegankelijk zijn. Lijm het losse uiteinde van het blad op de rol, zodat je een stevige buis krijgt. 14
Afb. 9: de zonnecelhouder wordt in de gleuven van de drager gestoken. Nu ontbreekt de propeller nog. In het midden ervan bevindt zich een markering, waar je een gat in moet steken voor de as van de motor. Neem daarvoor een dunne spijker of een naald. Maak het gat echter niet te groot. Voor de bevestiging van de propeller heb je twee kleine stukjes slang van ca. 3 mm lengte nodig. Knip ze met een schaar van de slang af. De propeller 15
wordt, zoals je in afb. 10 kunt zien, tussen deze twee stukjes slang op de motoras geklemd. Nu is alles klaar voor de start. Verbind de aansluitkabel van de zonnecel met die van de motor, en zet de zonnecel op een voldoende belichte plek. De helikopter gaat weliswaar niet de lucht in, maar het ziet er in ieder geval prachtig uit, als de propeller flink draait.
Een draaimolen zonder stroom uit het stopcontact Waarschijnlijk heb je nog nooit van het begrip "eilandwerking" gehoord, omdat het uit de vaktaal van de energievoorzieningtechniek komt. Toch ben je waarschijnlijk al met verschillende apparaten in contact gekomen, die volgens dit principe werken. Een eenvoudig voorbeeld is een zaklantaarn. Op een eenzaam eiland, waar geen elektriciteitscentrale en dus geen stopcontact is, zou je toch met je zaklantaarn licht kunnen maken. Deze werkt onafhankelijk van het stroomnet, omdat de elektrische energie die ervoor nodig is, opgeslagen zit in de batterij. Toegegeven, het plezier over de heldere lichtstraal kan maar zo lang duren als de batterij stroom levert en dat gebeurt, zoals je wel weet, maar een beperkte tijd. In het algemeen spreekt men van elektrische apparaten met "eilandwerking", als ze ver van grote elektrische centrales hun werk kunnen doen. Dit gebeurt meestal door een eigen energievoorziening, die zich op de plek van de stroomverbruiker bevindt. Denk bijvoorbeeld maar aan de koplampen van een auto. Waar komt de elektrische stroom vandaan om die te laten branden? De stroomleverancier is in dit geval een in de auto ingebouwde generator, die door de draaiende motor aangedreven wordt. Je vermoeden is hier juist, ook hier raakt deze energiebron op zijn laatst uitgeput als er geen benzine meer in de tank zit en de motor noodgedwongen stopt. Voor het licht van de koplampen zouden dan alleen nog de beperkte stroomreserves van de auto-accu ter beschikking staan.
Afb. 10: de propeller wordt tussen twee stukjes slang op de as van de motor geklemd.
De stroomvoorziening van hele huizen zonder stroom van de elektriciteitscentrale is helemaal niet zo zeldzaam. Bij ons, in de Europese industrielanden, vindt je ze weliswaar niet vaak, omdat praktisch elk huis door het zeer fijnmazige en verreikende elektriciteitsnet bereikt wordt. Op een continent als Afrika is daarentegen de stroomvoorziening veel minder verbreid. Daar vind je in minder dicht bewoonde gebieden vele huizen, waarvan de stroomvoorziening door een eigen generator geleverd wordt. Heel vaak wordt een dergelijke generator aangedreven door een dieselmotor. Ook hier lukt het met de stroomvoorziening echter maar net zo lang als de voorraad aan dieselbrandstof reikt. Zoals je aan de aangehaalde voorbeelden voor "eilandwerking" hebt kunnen zien, kunnen op deze manier elektrische apparaten alleen door een
16
17
constante toevoer van energiegrondstoffen, zoals bijvoorbeeld dieselbrandstof, permanent blijven werken. Maar gaat dat bij onze grote elektriciteitscentrales eigenlijk wel anders? Hoe komt het dat die steeds stroom kunnen leveren? Worden daar ook niet energiegrondstoffen verbruikt? Dat de stroom, die uit onze stopcontacten komt, door grote centrales opgewekt wordt, is beslist niet nieuw voor je. Om de grote generatoren in dergelijke centrales aan de gang te houden, gebruikt men warmtekrachtmachines, zoals bijvoorbeeld stoomturbines. De benodigde warmte wint men of uit de verbranding van grote hoeveelheden kolen, gas, olie of - bij atoomcentrales - uit kernbrandstof. Al deze grondstoffen zijn maar in beperkte mate op deze arde beschikbaar en zullen daarom op een of ander moment opgebruikt zijn.
hebt, kun je de as van de motor in de opening van de plank steken. De middenpost met de motor staat daardoor verticaal op de bodemplaat en kan vrij draaien. Voordat je het dak van de draaimolen midden op de paal lijmt, moet je de aansluitdraden van de motor door de opening in het dak schuiven. Terwijl de lijm tussen middenpost en dak droogt, kun je uit naaigaren en paperclips kleine stoeltjes voor de passagiers van de draaimolen maken. Buig daarvoor zes paperclips haaks en knoop daar, zoals in afb. 12 weergegeven, steeds een ca. 20 cm lange draad aan vast. Het andere uiteinde van de draden wordt door de zich in de rand van het dak bevindende gaten getrokken en daar met een knoop vastgemaakt. De afstand tussen paperclip en dak moet ongeveer 8 centimeter bedragen.
In tegenstelling daarmee staat de zonne-energie op dit moment eindeloos en bovendien nog gratis tot onze beschikking. "Stand-alone" werking met zonne-energie kent geen leveringsproblemen. De zonnecel in deze experimenteerdoos is dus een stukje toekomsttechnologie, waarop veel hoop voor een milieuvriendelijke en permanente energievoorziening gevestigd is.
Bouwbeschrijving voor de draaimolen Je hebt voor het samenbouwen van de draaimolen de volgende onderdelen nodig: de grote, vierkante bodemplaat, het ronde dak van de draaimolen, de houten plank met geboorde opening, het rechthoekige blad voor de middenpost, de zonnecel in de houder en de motor. Lijm eerst de houten plank met alleslijm zo nauwkeurig mogelijk op de vierkante aanduiding van de bodemplaat. De opening in de plank moet daarbij vrij toegankelijk blijven. Nu moet je de middenpost maken, die het dak van de draaimolen moet dragen. Werk bij het in elkaar zetten van deze middenpost-buis op dezelfde manier als bij het maken van de buis voor de helikopter. Wikkel de motor strak in de buis, zodat de as ervan er aan de onderkant uitsteekt. Nadat je het losse einde van de tot een buis opgerolde blad met lijm vastgemaakt 18
Afb. 12: gebogen paperclips vormen simpele stoeltjes. Ze worden aan het dak van de draaimolen opgehangen. Verbind nu de kabels van de zonnecel met die van de motor, en steek de tappen van de celhouder in de sleuven die zich in het dak van de draaimolen bevinden. Nu is de draaimolen klaar voor gebruik. Bij de goede belichting van de zonnecel zal de draaimolen ijverig ronddraaien.
19
Bewegende beelden in de miniatuurbioscoop Heb je al eens gekeken in de projectieruimte van een bioscoop? Daar bevinden zich onder andere grote filmspoelen waarop lange stroken film gewikkeld zijn. Zulke filmstrips lopen bij het afspelen door de projector. Je zou zo'n filmstrook eens beter moeten kunnen bekijken. Je zult op die film, dicht na elkaar, een hele serie losse beelden zien. Als je zo'n enkel beeld er uit zou snijden en van een diaframe voorzien, dan zou je het met een diaprojector als stilstaand beeld op een doek kunnen projecteren. Hoe komt het dan, dat we bij het vertonen van een film die opeenvolging van aparte beelden niet zien, maar de indruk hebben dat op het doek alles even vloeiend beweegt als in het dagelijks leven? Je kunt dit effect wat nauwkeuriger onderzoeken, doordat je van de draaimolen, door er gewoon een bioscoopopzetje bovenop te plaatsen, een minibioscoop maakt.
Opbouw van de miniatuurbioscoop Onder de uitgestanste delen bevinden zich twee stroken karton, waarop zich drie beelden van een hond en een hordeloper bevinden. Lijm de beide stroken via de lijmlassen aan elkaar, zodat je een zeshoekige ring krijgt. Op de onderkant van de ring bevinden zich zes tappen, die precies in de zes gaten passen die zich aan de rand van het dak van de draaimolen bevinden.
Afb. 14: zo valt je blik door de kijkgleuf op de tegenoverliggende afbeelding.
Nadat je de ring op het dak van de draaimolen gestoken hebt, is de bioscoop klaar voor gebruik. Verlicht de zonnecel, zodat de ring aan het draaien gebracht wordt. Als je nu, zoals je in afb. 14 ziet, door de voorbijglijdende gleuf in de ring naar de tegenoverliggende afbeelding kijkt, zul je de indruk krijgen dat de hordeloper inderdaad over de horde springt.
Hoe beelden leren lopen
Afb. 13: zo wordt de aan elkaar geplakte bioscoopopzet op het dak van de draaimolen gestoken. 20
Toegegeven, de indruk van beweging is bij de miniatuurbioscoop niet perfect. Maar het principe van het bewegende beeld moet je nu toch wat duidelijker geworden zijn. Het oog ziet de voorbijglijdende losse afbeelding alleen gedurende het korte ogenblik, dat de voorbijglijdende gleuf langs het oog beweegt. Als de bioscoop een stukje verder beweegt, dan volgt gedurende een verder kort ogenblik de volgende afbeelding. Dit gaat net zo lang door als de ring draait. Wat het oog ziet, is dus een snelle opeenvolging van momentopnamen, waarvan de beeldinhoud maar een klein beetje van de vorige afbeelding verschilt. Opdat de voortgang van de beweging vloeiend verloopt, moet men 21
bij filmopnamen per seconde ca. 25 aparte beelden opnemen. In de bioscoop moet de projector dan, eveneens per seconde, 25 van deze filmbeelden, als snelle opeenvolging van losse afbeeldingen, op het doek projecteren. Ons oog is zo traag, dat het geen verschil meer kan maken tussen een gelijkvormige beweging en een in 25 deelstappen per seconde weergegeven beweging.
hun kant liggende rails zo uitrichten, dat ze over de gehele lengte de vlakke ondergrond aanraken. Opdat de verbinding niet losschiet, kun je een paperclip over de verbinding schuiven. Wacht tot de lijm echt goed gedroogd is, voor je de tweede lip met het andere uiteinde van de rail tot een cirkel met elkaar verbindt. Controleer, zolang de lijmverbinding nog beweeglijk is, of de ontstane cirkel van rails de effen ondergrond over de gehele lengte aanraakt en corrigeer, waar nodig de verbinding.
Als je daar zin in hebt, kun je voor de miniatuurbioscoop een eigen filmstrip tekenen. Bij deze eenvoudige opbouw moet het door jou gekozen onderwerp eenvoudig zijn, zoals bijvoorbeeld een draaiend rad van een watermolen. Laten we aannemen dat het rad vier spaken heeft. Omdat dan de beeldweergave voor een hele omwenteling vier keer herhaald wordt, is het al voldoende als je maar een kwart draaiing van het rad in een tijdsduur van zes momentopnamen tekent.
Enkelspoorbaan Nu je al wat ervaring hebt opgedaan met het in elkaar zetten van zonnemodellen, zul je ook wel in staat zijn een wat uitgebreider model in elkaar te zetten. Maak je geen zorgen, als je de handleiding stap voor stap volgt, zal de enkelspoorbaan ook wel lukken. Bij het maken van een gewone modelspoorweg horen rails, waarmee je een cirkel kunt maken. Omdat deze enkelspoorbaan ook in een cirkel moet rondrijden, moet je eerst de smalle strips voor de rails als perfecte cirkel op de grote bodemplaat aanbrengen. De hiervoor gebouwde draaimolen zul je helaas moeten afbreken.
Montage van de enkelspoorbaan Opdat de beide rails tot een cirkel samengevoegd kunnen worden, moet je ze eerst in overeenstemming met de benodigde ronding buigen. Op de grote bodemplaat is een cirkel gedrukt, die het latere traject van de rails markeert. Als buigvorm voor de rails is bijvoorbeeld een bloempot, die een iets kleinere diameter heeft dan de diameter van de cirkel, heel geschikt. Als de rails door het buigen een kromming gekregen hebben, kun je ze op hun kant op een vlakke ondergrond leggen. Lijm de rails eerst alleen met één lip aan elkaar. Op de lip bevindt zich een markering; het eindstuk van de andere rail moet tot hier komen. Zolang de lijm nog zacht is, kun je de op 22
L IJ M
Afb. 15: Het gat in de plank moet het middelpunt zijn van de railcirkel die op de ondergrond gelijmd moet worden. Leg de railcirkel op de gemarkeerde cirkel van de bodemplaat en lijm hem daar vast. Belangrijk is, dat het gat in de plank het middelpunt van de railcirkel vormt. Snij van de kunststof canule een stuk af, dat ca. 3,5 centimeter lang is. Steek dit stuk canule in de opening in de plank. Deze canule zal dienen als draaias voor de nu te maken draaiarm. Als je goed kijkt naar het uitgestanste deel voor de zwenkarm, dan zie je aan de ene kant een ronde las met drie naast elkaar liggende ronde openingen voor de motorhouder. Het tegenoverliggende einde wordt, zoals je in afb. 16 kunt zien, tot een vierhoekige doos gevouwen, zodat de bevestigingslas van de zwenkarm vastgelijmd kan worden.
23
L IJ M
L IJ M
Ter controle van alle voorbereidingen tot nu toe kun je de zwenkarm op deze as steken. De zwenkarm moet helemaal rond kunnen draaien, zonder ergens tegenaan te stoten, en de motoras moet daarbij steeds net iets over de rails uitsteken. Steek de kabel van de zonnecel door een van de gaten, die zich naast de steeksleuven van de zwenkarm bevinden en verbind deze met de aansluitingen van de motor. Steek de zonnecelhouder met de tappen in de gleuven van de zwenkarm. Voordat je de locomotief aanbrengt, moet je eerst een testrun van de opstelling maken. Als alles juist gemonteerd is en er voldoende licht op de zonnecel valt, drijft de motor de zwenkarm aan voor langzame ronddraaiingen.
Afb. 16: zo moet de zwenkarm gevouwen en gelijmd worden.
Afb. 17: inbouw van het wiel en de motor in de zwenkarm
De las voor de motorhouder wordt in een rechte hoek op de zwenkarm gevouwen, en met lijm aan de gemeenschappelijke stootkanten van de net zo naar beneden gevouwen zijlassen gelijmd. Nadat de lijm gedroogd is, wordt de motor, zoals afgebeeld in fig. 17, in deze behuizing gemonteerd. Snijd van de slang een stukje van ca. 5 mm af en steek dat op de motoras. Neem een van de kunststofwielen en steek dit in de op de zwenkwarm gevormde lege doos. Druk het verlengstuk van de as van het wiel in de opening die zich in het midden van de bodem van deze doos bevindt. Het op deze manier vastgeklemde wiel is bedoeld als draailager voor de in de plank gestoken as. 24
Afb. 18: twee montagestappen voor het bevestigen van de lochouder en de loc op de zwenkarm. Als de testrit tot je tevredenheid is verlopen, knip dan de locomotief langs de omtreklijn uit het uitknipvel. Voor de bevestiging van de loc is een klein stansdeel aanwezig, waarvan je een houder kunt maken. Buig de voorste las ervan recht naar onderen en lijm deze op de gemeenschappelijke stootkanten met de eveneens naar beneden gebogen zijlassen. Op de zwenkarm is boven de motorophanging een markering gedrukt. Deze geeft de plek aan, waar de locomotief opgelijmd moet worden. Tenslotte wordt de locomotief met lijm op de kopse kant van de lochouder bevestigd. Let erop, dat de wielen van de loc op ongeveer dezelfde hoogte liggen als de bovenkant van de rails. We wensen je goede reis met de naar zonlicht snakkende spoorlijn. 25
Vermogenstest op het bergtraject Door de bodemplaat een klein beetje schuin te zetten, krijg je in plaats van een gelijkmatige rondrit een berg- en daltraject. Hoe schuiner de bodemplaat staat, hoe moeilijker wordt de rit bergopwaarts. Zolang de locomotief in een horizontale cirkel rijdt, hoeft de motor maar zoveel aandrijfkracht opbrengen als nodig is om de in de lagers optredende wrijvingskracht te overwinnen. Bij een schuin geplaatste positie van de rails is de draaiing van de zwenkarm verbonden met het omhoog en omlaag gaan van alle meebewegende delen. Als je een voorwerp omhoog beweegt, wordt daarbij arbeid verricht. De motor moet dus bij de rit bergopwaarts tilwerk verrichten. Deze arbeid is des te groter naarmate het voorwerp zwaarder is en hoeveel groter het hoogteverschil is. Hoe schuiner je de bodemplaat zet, hoe groter het hoogteverschil voor de rondrijdende loc. Om uit te vinden hoeveel de motor presteert, kun je je afvragen hoelang hij nodig heeft voor het overbruggen van het hoogteverschil. Als hij hetzelfde hoogteverschil snel overbrugt, presteert de motor meer dan wanneer hij daarvoor veel tijd nodig heeft. Omdat het vermogen van de motor afhankelijk is van hoe goed hij door de zonnecel van stroom voorzien wordt, kun je makkelijk een samenhang tussen het motorvermogen en de bestralingssterkte van de zonnecel vaststellen. Plaats de bodemplaat schuin door één kant te ondersteunen door een boek van ca. 2 cm dik. Belicht de zonnecel met een gloeilamp, zodat de trein begint rond te rijden. Als je nu de lamp wat dichter bij de zonnecel brengt, gaat de rit bergopwaarts sneller; als je de lamp weer wat verder weg zet, gaat het langzamer. Dit toont aan, dat de motor meer vermogen heeft, als de afstand tussen lamp en zonnecel kleiner is. Dat komt, doordat de sterkte van de bestraling bij een kleiner wordende afstand toeneemt.
Stop de zon in je tank: de zonneauto
de trein. Maar daarmee kom je niet op elk gewenst tijdstip op iedere gewenste plek. Voor gedeelten van het lange afstandsverkeer zou de oplossing daarvoor daarom bij de elektrische auto zonder uitlaatgassen kunnen liggen. Dus een auto met elektromotor die zijn stroom bijvoorbeeld van een accu betrekt. Er bestaan al een paar testauto's. Daarvoor werden in een paar steden stroomstations ingericht, waar ze een leeggereden accu weer kunnen opladen. Waar komt echter de stroom vandaan, die bij de stroomstations 'getankt' kan worden? Momenteel wordt deze stroom voor het merendeel door de elektriciteits-centrales geleverd. Je zou met de elektrische auto's weliswaar afzijn van de uitlaatgassen, maar die zou ergens anders weer opduiken, namelijk op de plek waar de centrales hun verbrandingsgassen aan de lucht afgeven. Het zou dus veel milieuvriendelijker zijn, de stroom voor de stroomstations uit zonlicht te produceren, omdat bij de omvorming door de zonnecellen geen verbrandingsgassen ontstaan. Nog voordeliger zou het zijn, als de geproduceerde stroom omgezet zou worden in waterstof, zoals dat al in het hoofdstuk "tanken bij het zonnepompstation" beschreven is. Er zijn tegenwoordig al testauto's, waarvan de motoren waterstof als brandstof kunnen gebruiken. In de verbrandingsruimte van een dergelijke motor verbrandt waterstof met lucht praktisch helemaal tot water. Uit de uitlaat komt dus een naar verhouding onschadelijk uitlaatgas, dat praktisch helemaal uit waterdamp bestaat. Helaas bestaat er tegenwoordig nog een technisch probleem bij het tanken van auto's met waterstof. Het is moeilijk een tank te bouwen, die niet groter is dan een gebruikelijke benzinetank en toch voldoende waterstof kan bevatten om daarmee langere afstanden af te kunnen leggen. Als dit technische probleem eenmaal opgelost is, zou je bij de bij de elektrische auto's gebruikelijke accu's af kunnen zien. Ook dit zou het milieu ten goede komen, omdat accu's na afloop van de beperkte levensduur een aanzienlijk verwijderingsprobleem opleveren. Omdat de hier te bouwen zonneauto geen accu heeft, rijdt hij bijzonder milieuvriendelijk. Je moet daarbij echter op de koop toe nemen, dat hij alleen rijdt als er voldoende zonlicht is, omdat hij geen stroom uit een accu kan halen.
Welk soort voertuig kan ons in de toekomst op een zo milieuvriendelijk mogelijke manier mobiliteit geven? Voor korte afstanden in het buurtverkeer bestaat er al een prima oplossing. Dat is de fiets. Voor langere trajecten is er 26
27
Montage van de zonneauto Praktisch de hele auto ontstaat door het vouwen van het desbetreffende stansgedeelte. Maak eerst, zoals te zien is in afb. 19, de kleine motordoos. Dit gebeurt door het omhoog klappen van de beide zijkanten en het vastlijmen van de vier zijlassen. De motorbox wordt op de onbedrukte kant van het stansgedeelte voor de motor gelijmd. De plaats waar de motorbox vastgelijmd moet worden, is op de tegenoverliggende, bedrukte kant van het stansgedeelte als witte rechthoek gemarkeerd.
passen, die zich aan de onderkant van het voertuig bevinden. Aan de beide buitenkanten van de spatborden is een kruis ingestanst. Neem, om deze opening wat groter te maken, een spijker die niet dikker is dan de as, en druk deze door het midden van het kruis. Als je de spatborden iets naar buiten buigt, kun je de achteras in de opengewerkte openingen steken. De openingen moeten zo nauw blijven, dat ze ervoor zorgen dat de as niet opzijschuift. Nu heeft het voertuig nog een bestuurbare ophanging voor het voorwiel nodig. Klap de zijkanten van het voorgefabriceerde stansdeel omhoog en lijm ze met de lijmlassen aan het omhooggeklapte voorste gedeelte. Op de op deze manier omhooggeklapte zijkanten zijn eveneens kruizen ingestanst. Maak ze, zoals hier- boven beschreven is, met een spijker open, zodat je daar de vooras in kunt zetten. Gebruik als vooras een stuk van ca. 4,5 mm van de kunststofcanule. Maak nog twee stukjes slang van ca. 2 mm. Steek voor het aanbrengen van het voorwiel de as eerst door een van de groter gemaakte openingen. Schuif op de as, die nu aan een kant door de zijwand is gestoken, achtereenvolgens de delen: stukje slang, onderlegschijf, wiel, onderlegschijf en stukje slang. Verschuif de as door de er opgeschoven delen, tot de as door de tegenoverliggende opening kan. Als de wielophanging klaar is, moet die er uitzien zoals in fig. 22. a)
Afb. 19: zo wordt de doos voor de motor gevouwen en gelijmd.
Nu gaan we aan het werk met de wielophanging van de achteras. Knip, om deze as te maken, een stuk van zeven centimeter af van de kunststofcanule. Bovendien heb je vier stukjes rubberslang van ca. 2 mm, twee onderlegschijven en twee wielen nodig. Alle hierboven genoemde onderdelen worden, zoals in afb. 21 te zien is, als op een sjasliekspies op de as gerangschikt. Schuif de wielen zo ver op de as, tot ze in de "wielkasten" 28
J L I
M
L IJ M
Afbeelding 20 laat vanuit twee gezichtspunten zien, hoe de zijdelen van de auto omhooggevouwen en gelijmd worden. Lijm de beide afdekdelen voor de motorkap en voor het dak nog niet vast, zodat het binnengedeelte van het voertuig nog bereikbaar blijft voor montagewerkzaamheden. Om motorkap en dak later te sluiten zijn steeds steeklassen aanwezig.
29
b)
tegengestelde richting opzij. De wielophanging moet daarbij direct op de bodem liggen. De ophanging blijft draaibaar om de sluitklip, om de rijrichting aan te geven.
J L I
M
L IJ M
Afb. 20: opbouw van het voertuig vanuit twee gezichtspunten: a) de achterkant van de auto wordt met de omhooggeklapte zijkanten samengelijmd. b) de voorkant wordt met de zijkanten verlijmd.
Afb. 22: bevestiging van de ophanging van de vooras op de bodem van het voertuig.
Omdat de motor niet al te veel kracht kan ontwikkelen, moeten de wielen heel licht op de assen kunnen draaien. Dit kun je door het verschuiven van de stukjes slang bereiken, die niet te dicht tegen het wiel aan mogen liggen, omdat ze anders de vrijloop zouden remmen.
Afb. 21: schikking van de wielen: Stukjes slang en onderlegschijven op de achteras
Nu is het tijd de motor in te bouwen. Snijd van de slang een stukje van ca. 5 mm af, en steek dat op de motoras. Leg nu de motor in de motordoos, zodat de as van de motor tegen het achterwiel ernaast ligt.
De sluitclip is bedoeld voor de bevestiging van de voorwielophanging aan de bodem van de auto. Voer de sluitclip door de ronde gaten in de bodem en de wielophanging, en buig de beide metalen draden van de clip in 30
31
Fraaie uitzichten Nu heb je alle zonnemodellen van deze experimenteerdoos in elkaar gezet en uitgeprobeerd. Je hebt er ongetwijfeld veel plezier aan beleefd. Misschien heb je zelfs de smaak te pakken gekregen en wil je meer weten over de technische achtergronden en toepassingsmogelijkheden van zonnecellen. Als je al 11 jaar of ouder bent, dan zou de experimenteerdoos KOSMOS SOLARTEC voor jou in beeld komen. Lea, Florian, Jule en Phillipp zijn je begeleiders in de handleiding van SOLARTEC. Zij kijken hoe een installatie met zonnecellen op het dak van een huis gemonteerd wordt en proberen met meer dan 50 experimenten uit te vinden, hoe zonnecellen functioneren, aan welke technische eisen ze voldoen en waar je bij het gebruik ervan op moet letten.
Afb. 23: Motor zoals die in de motordoos ligt. Het op de motoras gestoken stukje slang drukt met het eigen gewicht van de motor op het wiel.
Sluit nu de motorkap en het dak. Steek de zonnecelhouder in de in het dak aangebrachte sleuven. Nadat je de kabels van zonnecel en motor met elkaar verbonden hebt, en ze zo in het interieur van het voertuig gestopt hebt dat ze het draaien van het wiel niet belemmeren, is het voertuig klaar voor gebruik. Wacht op een zonnige dag voor de eerste testrit en zoek een effen testtraject uit, waar de wielen makkelijk overheen kunnen rollen. Hoe groot is de snelheid van je zonneauto? Dat kun je makkelijk vaststellen door uit te meten hoe lang de afstand is, die de auto in 36 seconden aflegt. De berekening is dan heel eenvoudig. Je hoeft er alleen maar aan te denken dat een uur 100 keer zo lang duurt als deze 36 seconden. Laten we aannemen dat de afgelegde afstand 15 meter is, dan zou de auto dus in een uur 15 keer zo ver rijden. Dat is 1,5 kilometer per uur. Op een mooie zonnige dag, waarbij de zon 10 uur lang voldoende schijnt, zou je met deze auto dus alles bij elkaar zo'n 15 kilometer kunnen rijden.
32
33
Nog meer dozen met ontdekkingsplezier
34
Nog meer dozen uit het grote KOSMOS ELEKTRONIC programma
35
