Enrera
 Mòdul 5B
Utilització de l' Aula de Noves Tecnologies per a la Ciència
  Pràctica
2
      
Exercicis
Exercicis
 
 

Objectius

Els objectius d'aquesta pràctica són:

  • Mesurar la intensitat màxima de la radiació solar utilitzant el sensor de temperatura.
  • Utilitzar l' ajudant d' anàlisi per ajustar a una funció les dades obtingudes.
   
  MESURA DE L'ENERGIA DEL SOL
  A. Per escalfament d' aigua
 
  Introducció
L' elevada calor específica de l' aigua permet la seva utilització per captar i emmagatzemar energia solar. Com ja sabeu, els objectes foscos absorbeixen més radiació per unitat de temps que els clars. Aquests principis i una correcta orientació permet augmentar la potència del captació dels col·lectors solars com el de la fotografia.
   
  En aquest experiment utilitzareu l' escalfament solar per augmentar la temperatura d'un litre d' aigua tenyida i mesurar la intensitat de la radiació solar. És preferible realitzar l' experiment en un dia assolellat i, si és possible, al migdia d' hora solar (horari d' hivern: 13.00 hores; horari d'estiu: 14.00 hores) per calcular la intensitat màxima.
   
Material i equipament:
 

Equipament MultiLog:

  • Consola
  • Sensor de temperatura

Reactius i altres materials:

  • Una ampolla d'1 L de vidre o plàstic transparent
  • Proveta
  • Tap perforat per a l' ampolla
  • 1 L d' aigua tenyida amb 6 gotes de tinta negra
  • Full de paper mil·limetrat muntat sobre un cartró dur
  • Retolador

   
Plantejament d' hipòtesis i disseny de l' experiment
   
 

Quan l' ampolla se situa al sol, absorbeix energia calorífica i lluminosa i la seva temperatura comença a pujar. La tinta o colorant assegura que pràcticament no passarà gens d' energia lluminosa a través de l' ampolla. Començant l' experiment aproximadament a 2 ºC per sota de la temperatura ambient i acabant-lo quan arribeu a aproximadament 2 ºC per sobre, els guanys i pèrdues de calor per radiació poden ser ignorats.

Per a aquesta investigació s' assumeixen els supòsits següents:

  • La major part de l'energia solar és absorbida per l' aigua, per tant, ignorarem la petita quantitat absorbida per l' ampolla de vidre.
  • La massa d' aiguaés d'1 kg, ja que el volum es d'1 L.
   
Procediment
   
  Muntatge de l' experiència
 
  Seguiu el procediment descrit a la vinyeta i munteu el captador solar tal com es mostra a la fotografia.
 
Captació d' energia solar
  • Mesureu amb un proveta un litre d' aigua.
  • Afegiu-hi 6 gotes de tinta negra i aboqueu-ho tot dins l' ampolla.
  • Amb un ganivet foradeu el tap de l' ampolla i feu-hi passar el sensor de temperatura.
   
  Configuració de l' equip MultiLog
 
 
  • Obriu el recolector .
  • Amb desplaceu-vos fins a Configuració sistema i premeu Enter .
  • Us apareixerà la pantalla següent:

  • Amb seleccioneu Mode: Auto ID.
  • Premeu i netegeu la memòria; premeu i us apareixerà el missatge Memòria neta!
  • Premeu per tornar al menú principal.
  • Endolleu el sensor de temperatura al sòcol I/O 1.
  • Obriu Configura i seleccioneu:

 

Enregistrament i transformació de dades
   
  Captació de dades

 
  1. Mesura de la temperatura
  • Deixeu l' ampolla en un lloc assolellat.
  • Seleccioneu Comença = (>) i enregistreu les dades de temperatura, tal com es mostra a la fotografia, durant 20 minuts.
  • Passat aquest temps, premeu per tornar al menú principal.
  • Seleccioneu Obre fitxer i veureu que teniu 01 arxius guardats; premeu i us apareixerà el gràfic de les dades.
  • Premeu i tornareu al menú principal.


2. Mesura de la superfície de captació solar

  • Seguiu el procediment descrit per determinar la superfície d' intersecció solar.
  • Mentre un company/a aguanta l' ampolla enlaire, encareu la cartolina de tal manera que l' ombra sigui la mínima possible.
  • A continuació, resseguiu l' ombra amb un retolador.
   
  Tractament de les dades
   
  1. Seguiu els passos següents per descarregar les dades:
  • Connecteu el captador de dades al port USB de l'ordinador i a la font d' alimentació.
  • Poseu en marxa la consola .
  • Obriu el programa MultiLab i tanqueu totes les finestres menys la de gràfic.
  • Premeu la icona Descarrega o bé cliqueu a Enregistrador/ Descàrrega selectiva a la barra de menús on es pot triar l'arxiu o arxius que voleu descarregar.
  • Deseu aquest projecte a la carpeta m5b amb el nom de m5b_e1a.
   
  Anàlisi de les dades
   
  2. Seguiu els passos indicats per fer els càlculs corresponents i completar la taula de dades.
 
Calor específica de l' aigua
Massa d' aigua
Superfície d' absorció
Temps

Temperatura inicial
Temperatura final
C
m
S
t
T0
Tf
J.kg-1.K-1
kg
m2
s
K
K
4200
1
        
   
 
Augment de temperatura
Energia absorbida
Potència d' absorció
Intensitat solar
dT
E
P
I
K
J
W=J.s-1
W.m-2
   
 
  • Càlcul de la superfície d' absorció

    Mesureu damunt del paper mil·limetrat la superfície d' absorció en cm2 i expresseu-ho en m2.

Recordeu que 1 m2 = 104 cm2

  • Càlcul de l'augment de temperatura i el temps d'assolellament

    Amb Commutar primer cursor inseriu un cursor a la gràfica de temperatura, arrossegueu-lo amb el ratolí fins el principi i determineu la temperatura inicial de l' aigua.

    Desplaceu el cursor fins al final i determineu la màxima temperatura assolida. Calculeu el temps d' assolellament.


    Arrossegueu aquest primer cursor al principi de les dades, inseriu un segon cursor amb Commutar segon cursor , arrossegueu-lo fins al punt final de gràfica i comproveu el càlcul anterior d' augment de temperatura i temps d' assolellament.

    dT = Tf -T0 = ........................

  • Càlcul de l'energia absorbida

    Amb la fórmula següent determinareu l'energia absorbida per l' aigua durant el temps d' escalfament.

    E = m · C · dT = .......................

    On: m = massa de l' aigua en kg, C = calor específica de l' aigua (4.200 J kg-1 K-1),
    dT     = canvi de temperatura en graus Kelvin o Celsius.

  • Càlcul de la potència o velocitat d' absorció

    Completeu la fórmula i calculeu la potència d' absorció en W del nostre captador solar.

    P = energia absorbida / temps = E / t = ........................

  • Càlcul de la intensitat solar

    Determineu la intensitat solar en W · m-2

    intensitat solar = energia / temps · superfície = E/ t · S

    intensitat solar = potència / superfície = P / S = ................
   
Conclusions experimentals
   
  Amb les dades de la taula responeu les preguntes següents:
  1. Quina és la temperatura màxima a què arriba l' aigua després de 20 minuts?
  2. Quina és la diferència de temperatura màxima entre l' aigua i l' aire?
  3. Quanta energia s'ha absorbit del sol durant el temps d' escalfament?
  4. Quina és la potencia del nostre captador solar?
  5. Quina és la intensitat de la radiació del sol?
   
Aplicació dels resultats i ampliació de coneixements
   
  Ajustament del gràfic
   
 
  1. Ajusteu les vostres dades temperatura/temps seguint el procediment descrit a continuació:
 
  • Si no teniu obert el projecte m5b_e1a, obriu-lo de la carpeta m5b.
  • Noteu que apareix el gràfic Temperatura I/O-1 (ºC) versus Temps (s) a la pantalla de gràfics.
  • Seleccioneu Ajudant d' anàlisi us apareixerà activada la pestanya Ajustament de corba.
  • De la finestra Basat en conjunt de dades seleccioneu Exp1Temperatura I/O-1.
  • Doneu-hi el Nom d' Ajustament lineal Temperatura-Temps.
  • Obriu Tipus i activeu Lineal.
  • Seleccioneu Mostra equació a gràfic i Mostra R2 a gràfic.
  • Accepteu.
   

Noteu com us apareix sota el gràfic corresponent a l'ajustament lineal la seva equació i el valor d'R2 (coeficient de correlació) de l' ajustament de les dades.

Tingueu en compte que el millor ajustament és aquell en què R2 = 1 (aproximadament).
   
 
  • Si no us surt una R2 = 1, ajusteu les dades a una corba Polinomial d'Ordre 2.
  • Quan R2 = 1, afegiu el gràfic al projecte .
   
 

2. Copieu la gràfica correcta en un arxiu del Word seguint les instruccions:

  • Per guardar el dibuix del gràfic que més endavant podeu utilitzar per enviar al tutor/a, podeu prémer la tecla Imprimeix pantalla del teclat del vostre ordinador i tindreu el dibuix de la pantalla al porta-retalls de l' escriptori.
  • Obriu un arxiu del Word i enganxeu-hi el dibuix de la pantalla, que després podreu retallar.
  • Guardeu l'arxiu amb el nom de m5b_e1a a la carpeta m5b (posteriorment l' haureu d' enviar al tutor/a).
  • Aquesta operació també es pot fer amb el menú Gràfic/Copia gràfic del MultiLab.

 
   
 
Descàrrega de la pràctica en format Word
   
 
Amunt