МУ-Ф-2Б (1003891), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Ведутся исследования с целью уменьшения стоимости и повышения коэффициентаполезного действия СЭ. В данной работе мы будем определятьКПД в случае, когда источником света является лампа накаливания, спектр которой отличается от солнечного.
Поэтому полученный в опыте КПД может отличаться от КПД при освещениисолнцем.За пределами земной атмосферы плотность потока солнечного излучения составляет 1353Вт/м2 , а на поверхности земли меньше вследствие поглощения света в атмосфере, зависящегоот высоты солнца над горизонтом и состояния атмосферы. Приняв ориентировочно плотностьпотока 850 Вт/м2 , получим, что солнечная батарея площадью при КПД 10% вырабатываетэлектрическую мощность 85 Вт.Помимо использования СЭ (фотоэлемента) в качестве источника электрической энергииего применяют также в качестве фотоприемника для обнаружения и измерения количественных характеристик света, например, в фотографии.22.1Экспериментальная частьОписание лабораторной установкиСхема установка дана на рис.4 . Солнечный элемент 1 из кремния площадью 2...3 см2 расположен в светонепроницаемой камере с отверстием, которое можно закрыть крышкой.
Ксолнечному элементу тумблером S1 можно подключать резистор с различным сопротивлением R . Он представляет собой декадный магазин сопротивлений. Напряжение U солнечногоэлемента измеряем цифровым вольтметром, а ток через резистор и электрическую мощностьрассчитываем по формуламUU2, P = IU =(5)RRНапряжение может достигать десятых долей вольта. Источником света служит лампанакаливания 2 (12 В, 30 Вт), питаемая через понижающий трансформатор от сети.Поток излучения определяем с помощью прибора "Измеритель средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-2Н" (далее "измеритель мощности"), состоящего из измерительной головки 3 и блока регистрации 5.
По принципу действия - это тепловой приемник.Излучение через окно 6 попадает в полый зачерненный металлический конус 4 и, поглощаясь,нагревает его. Приращение температуры, пропорциональное мощности излучения, с помощьюэлектрического термометра (термопары) преобразуется в напряжение. Показывающий приборпроградуирован в единицах мощности излучения - ваттах. С помощью теплового приемника,I=Экспериментальная часть4Рис.
4.поглощающего излучение с различной длиной волны, мы определяем полную мощность излучения во всем спектральном диапазоне, включая видимое и инфракрасное излучения лампы.Приемник имеет значительную инерцию - его показания устанавливаются через несколькоминут после начала освещения. Приемник можно калибровать; для этого через нагреватель,намотанный на конусе, пропускают электрический ток определенной мощности.Хотя прибор предназначен для измерений с узкими пучками лазеров, так как имеет малыйрабочий угол (примерно 2◦ ), с некоторыми предосторожностями его можно использовать вданной работе.
Для этого нить лампы должна быть короткой и находиться на оптической осиприемника, показанной штрихами на рис.4 .Передняя панель прибора ИМО-2Н изображена на рис.5.Переключателем рода работ 1 можно установить либо режим измерения мощности, либо - энергии отдельных импульсов излучения(в работе не используется). В каждом случае имеются режимы измерения и калибровки. Числа над клавишами переключателя пределовизмерения 4 указывают мощность излечения в ваттах при отклонении стрелки прибора на всю шкалу. Верхняя шкала из 100 деленийиспользуется на пределах 0,001, 0,01 и т.д., нижняя шкала из 30 деРис. 5.лений - на пределах, оканчивающихся цифрой 3.
Например, если напределе 0,01 было 60 делений, то мощность равна 60·0,01/100=0,006 Вт. Солнечный элементи лампу, установленные на подставках можно перемещать вдоль установки и по высоте.Для измерения потока излучения Ф , падающего на СЭ, необходимо установить нитьлампы перпендикулярно оси установки и на равном расстоянии от СЭ и конуса тепловогоприемника (см. рис.4). Мы предполагаем, что излучение лампы одинаково в обоих направлениях.
По-этому из показания Фo измерителя мощности находимФ = Ф0 S/S0,где So =1,54 см2 - площадь входного отверстия конуса;S - площадь СЭ (указана на камере элемента).(6)Экспериментальная часть52.2Задание и порядок выполнения работы2.2.1Задание 1. Ознакомиться с измерителем мощности излучения и подготовить егок работе.1. Перед включением прибора поставить тумблер "СЕТЬ" в нижнее положение, переключатель рода работ 1 (см. рис.
5) - в положение "АРРЕТИР".2. Включить вилку прибора в сеть, выключатель поставить в положение "СЕТЬ". При этомдолжна загореться индикаторная лампа.3. Переключатель пределов измерения 4 (см. рис.5) поставить в положение "0,01" по верхнему ряду чисел, а переключатель рода работ - в положение "МОЩНОСТЬ, ИЗМЕРЕНИЕ".4. Закрыть крышкой окно 6 измерительной головки (см. рис.4).
Выставить нуль измерителямощности ручкой 3 "УСТАНОВКА НУЛЯ" на передней панели прибора. В случае, еслирегулировки нуля не хватает, добиться установления нуля регулировкой "Уст. 0" назадней панели прибора5. Прокалибровать прибор. Для этого переключатель рода работ установить в положениекалибровки. Через 3...5 мин. на блоке регистрации должно установиться 100+0,5 делений. В противном случае добиться этого регулировкой резистора 2 (см.
рис.5).6. Переключатель рода работ установить в положение "ИЗМЕРЕНИЕ". Снять крышку сокна 6 измерительной головки (см. рис.4). Продемонстрировать, что прибор регистрирует тепловое излучение руки, испускаемое в ИК-диапазоне (воспользовавшись закономсмещения Вина, легко получить, что наиболее интенсивная часть этого излучения имеет длину волны 10 мкм). Для наблюдения излучения поднести ладонь на расстояниенесколько сантиметров от окна.7. Проверить, находится ли нить лампы на оси измерительной головки прибора ИМО-2Н.Если нить отклонена от оси больше, чем на 5...10 мм, отрегулировать положение лампы.2.2.2Задание 2. Подготовить вольтметр к работе и продемонстрировать работу солнечного элемента.1.
В разных экземплярах установки используются цифровые вольтметры различных типов;ниже даны указания для вольтметра В7-22А. Переключатель рода работ (справа на панели) установить в изложение V "для измерения постоянного напряжения. Переключатель пределов измерения (слева) установить в положение "2", при этом можно измерятьнапряжение до 2 В. Включить тумблер "СЕТЬ", при этом должно появиться свечениеиндикатора. Проверить нуль прибора: при закрытой камере СЭ напряжение должно бытьравно нулю (или не превышать двух-трех единиц младшего разряда).
Снять крышку скамеры СЭ, включить лампу и продемонстрировать появление фотоЭДС при различныхзначениях сопротивления и расстояния от лампы.2.2.3Задание 3.1. Выключить лампу, закрыть окно приемной головки измерителя мощности, установитьнуль прибора2. Включить лампу, открыть окно приемной головки измерителя мощности. Перемещаялампу вдоль установки, найти такое положение, когда стрелка прибора отклонится на80...100 делений, зафиксировать это положение лампы.
Через несколько минут результатизмерения потока излучения Фo записать в табл.1. Измерить линейкой расстояние rот нити лампы до конуса приемного элемента, как показано на рис.4 (расстояние от6Экспериментальная частьвходного окна до конуса 30 мм). Установить такое же расстояние между нитью и СЭ.Результат измерения расстояния записать в табл.
1 .Площадь СЭ S =...№ опыта12Таблица 1.r ФO Ф Pm UmImRmηРасстояние r = . . .Таблица 2.Ru I=U/RP = IU =U2RПримечание.В таблице примерно 35 строк.3. Для получения вольт - амперной характеристики измерить напряжение U солнечногоэлемента при различных сопротивлениях нагрузки R, результаты измерений записатьв таблицу 2 Для этого включить тумблер S1 на магазине сопротивлений, установитьминимальное сопротивление 10 Ом, измерить U. Далее с каждым шагом увеличиватьсопротивление при-мерно в 1,5 раза по сравнению с предыдущим значением, пока оно недостигнет примерно 104 Ом.
Выключить тумблер S1 , измерить напряжение U, равноенапряжению холостого хода Uxx , так как при этом нагрузкой служит очень большоесопротивление вольтметра (107 Oм).4. Проделанный опыт повторить при освещенности СЭ примерно в 2 раза меньшей. Дляэтого расстояние r от нити до СЭ и от нити до конуса измерителя мощности увеличитьпримерно в 1,5 раза. Значение r записать в таблицу 15. Повторить измерения п. 4 задания 1. Измерить Фo6. Повторить измерения п.3 задания 3.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
