Lekce 2 LEGO Education (3,5 vyuč. hodiny)

Počítačové laboratoře bez tajemství aneb naučme se učit algoritmizaci a programování s využitím robotů

Lekce 2 – LEGO Education (3,5 vyuč. hodiny)

„Tento projekt CZ.1.07/1.3.12/04.0006 je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.“

`

`

Seznámit se stavebnicí LEGO Education 9688 – Renewable Energies přípravu ukázkových příkladů v hodinách fyziky, zaměřených na obnovitelné zdroje energie Obsahem lekce jsou vybrané příklady, demonstrující ◦ Vyžití vodní energie ◦ Využití větrné energie ◦ Vyžití solární energie

`

V příkladech je ukázáno

◦ Přímé využití energie k pohodu strojů (vodní a větrná energie) ◦ Výroba elektrické energie ◦ Využití vyrobené elektrické energie k pohonu strojů

CZ.1.07/1.3.12/04.0006

OZZS_L2 (verze 01/2012) - LEGO Education

2

`

LEGO Education 9688 – Renewable Energies ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦

`

Fotovoltaický panel Elektromotor/generátor 2 x dioda Spojovací vodiče Měřič energie Akumulátor Sada lopatek pro příklady využití větrné a vodní energie

Některé díly lze dokoupit samostatně

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


3

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


4

` `

Lze vytvořit podobné modely jako v předchozí lekci Především: ◦ ◦ ◦ ◦

`

`

Ruční generátor elektrické energie Model větrné elektrárny Model vodní elektrárny Elektromobil poháněný sluneční energií

Pomocí měřiče energie lze měřit vstupní parametry (napětí, proud, práci a výkon) a výstupní parametry Výhodou je jednoduché připojení řídící NXT jednotky (možnosti ovládání, měření, logování dat)

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


5

Vstupní proud Vstupní napětí

Vstupní výkon

Výstupní napětí

Akumulovaná energie Výstupní výkon

Nastavení polarity na výstupu

Výstupní proud Výstupní konektor

Vypínač, reset

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


6

` ` `

Lze připojit k měřiči energie Kapacita akumulované energie: 100 J Slouží jako baterie pro práci měřiče a napájení LCD

Vstupní konektor

Akumulátor

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


7

`

`

Připojením externí baterie - Power Function Battery Box do vstupního konektoru (není součástí sady) Připojením zařízení (do vstupního konektoru) poskytují stejnosměrné napětí (max. 9 V) ◦ Generátor ◦ Fotovoltaický panel

`

Pomocí řídící jednotky NXT

◦ Propojení výstupu NXT, port A, B, nebo C (standardně pro připojení motoru) ◦ Pomocí kabelu s redukcí ◦ Na vstup měřiče energie ◦ Spuštění programu na NXT generujícího výstup na vybraný port A, B nebo C

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


8

LEGO konektor, vstupní port

Převodní kabel

Motorový port, Konektor RJ11

Spojení dvou LEGO konektorů

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


9

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


10

Motor (výstup)

Solární panel (vstup) Motor/generátor (vstup)

LED (výstup)

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


11

`

Pomocí LEGO konektorů lze připojovat na vstupní a/nebo výstupní porty více zařízení současně

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


12

` ` `

Sestavte ruční generátor stejnosměrného napětí Sledujte generované napětí a proud Vhodné pro ukázku kolik „ruční“ práce je třeba pro vytvoření energie o hodnotě 1 J

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


13

`

Model umožňuje nastavení jednoho ze dvou převodů

`

Otázky k zamyšlení

◦ Jak se projeví nastavený převod? ◦ Jak se projeví frekvence otáčení?

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


14

`

Připojte ke generátoru motor, ovládaný a poháněný z NXT Lze využít program pro nabíjení (výkon motoru 100 %)

`

Otázky k zamyšlení

`

◦ Jak se projeví rozdíl mezi nabíjením akumulátoru přímo napětím z NXT a prostřednictvím motoru

x Elektrická energie použitá přímo x Energie převedená na práci motoru, která je převedena v generátoru opět na elektrickou energii ◦ Je převod energií ztrátový?

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


15

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


16

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


17

` `

Sestavte model generátoru, poháněného větrnou energií Na podobném principu lze sestavit i model vodní turbíny (! Elektrické součástky a senzory nejsou vodotěsné)

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


18

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


19

`

Předchozí model lze upravit na ventilátor, poháněný elektrickou energií ◦ z fotovoltaického panelu ◦ z NXT bloku, s možností řízení otáček

`

Model lze doplnit senzorem otáček (otáčkoměr) ◦ na společnou osu, před lopatky ◦ Pomocí NXT určení frekvence otáčení

`

Otázky k zamyšlení:

◦ Jaký je vztah mezi sílou (rychlostí) větru a indukovaným napětím? ◦ Jaký je vztah mezi frekvencí otáček a rychlostí větru? ◦ Je možné pomocí počtu otáček (případně indukovaného napětí) určovat rychlost větru?

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


20

` ` `

Připojení k NXT bloku do konektoru 1-4 NXT kabel s koncovkami RJ11 Použití v LEGO MINDSTORMS NXT Programming ◦ Skupina „senzory“ ◦ Vstupní hodnoty ◦ Výstupní hodnoty

`

Lze číst ◦ ◦ ◦ ◦

Napětí [V] Proud [A] Výkon [W] Energie [J]

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


21

Port na který je senzor připojen Relační vztah a referenční hodnota Výsledek porovnání Čtená hodnota

Port na který je senzor připojen Relační vztah a referenční hodnota Požadovaná veličina

` `

EM Out – je kromě ikony totožný s EM-In Z jednoho senzoru na jednom portu je možno číst postupně více veličin

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


22

`

Program na LCD NXT bloku zobrazuje na dvou řádcích vstupní a výstupní napětí

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


23

`

Program monitoruje úroveň osvětlení a pokud klesne pod určitou hranici rozsvítí nouzové světlo ◦ ◦ ◦

◦

Hranice „nízkého osvětlení“ je stanovena jako výkon 0.1 W na fotovoltaickém panelu Fotovoltaický panel je napojen na měřič energie Vstupní hodnota měřiče je použita jako senzor v NXT programu Na NXT bloku je na výstupu napojena žárovka

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


24

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


25

` ` `

LEGO MINDSTORMS NXT Data Logging Připojení EM-metru jako senzoru Lze logovat více veličin z jednoho senzoru

CZ.1.07/1.3.12/04.0006


26

Lekce 2 LEGO Education (3,5 vyuč. hodiny)

Recommend Documents