آب گرمکن خورشیدی - جلسه پنجم
اهداف: آشنایی با مفهوم رسانایی حرارتی با انجام آزمایش
وسائل مورد نیاز: یک متر لوله آلومینیومی، آهنی، برنجی و پلاستیکی با قطر حدوداً دو سانتی متر، فویل، رنگ سیاه، چسب آکواریوم برای آب بندی، دماسنج، سطل
در این مرحله ساخت کلکتور آب گرمکن خورشیدی به شما آموزش داده می شود. بهتر است از روش اول، یعنی لوله های موازی استفاده شود.
به نظر شما از چه لوله ای می توانیم برای ساخت کلکتور استفاده نمود؟
برای جواب دادن به سۆال فوق، چند آزمایش انجام دهید.
ابتدا چهار نوع لوله مختلف با قطر یکسان 5/1 یا 2 سانتی متر اختیار کنید و یک طرف همه آن ها را ببندید طوری که اگر آب داخل آن ها ریخته شود، نشستی نداشته باشد جنس این لوله ها را می توانید از آلومینیوم، برنج، آهن و پلاستیک انتخاب کنید. طول همه آن ها را نیز یک متر اختیار کنید.
روی هر کدام از لوله ها شماره ای از 1 تا 4 بنویسید و جدولی به صورت زیر تنظیم نمایید.
پس از گذشت نیم ساعت، آب داخل هر یک از لوله ها را داخل یک ظرف خالی کنید و دمای آن را در جدول فوق یادداشت کنید.
برای بالا بردن دقت آزمایش، پس از خالی کردن آب هر لوله داخل ظرف بهتر است آن را خوب مخلوط کنید تا دمای تمام نقاط آن یکسان گردد.
این آزمایش را برای تمامی زمان های ثبت شده در جدول تکرار کنید.
کدام لوله بیشتر از بقیه دمای آب را افزایش داده؟ به نظر شما چگونه می توان میزان افزایش دمای آب را بالا برد؟
شاید ساده ترین روش، سیاه کردن رنگ لوله ها باشد. همان گونه که می دانیم رنگ سیاه، در بین سایر رنگ ها بیشترین قابلیت جذب نور را دارد، لذا انرژی بیشتری از نور خورشید جذب می کند و باعث می شود دمای آب افزایش یابد.
جدولی مانند جدول زیر درست کنید و آن را پر نمایید:
حال اعداد به دست آمده در این آزمایش را با آزمایش قبل مقایسه کنید. مشاهده می کنید که دماها در این حالت نسبت به حالت قبلی افزایش قابل توجهی پیدا کرده اند.
کدام لوله در این حالت بیشترین دما را به دست می آورد؟
آیا می دانید چرا آب داخل لوله آلومینیومی از آب داخل سایر لوله ها سریعتر گرم می شود؟
همان گونه که می دانیم رسانایی حرارتی فلزات از سایر مواد بالاتر است. در بین فلزات عادی نیز آلومینیوم بیشترین رسانایی حرارتی را دارد.
انرژی خورشید پس از برخورد با سطح لوله ها، سطح خارجی آنها را گرم می کند. این حرارت باید از داخل دیواره لوله عبور کند و به سطح داخلی لوله برسدو از آنجا به آب منتقل شود و آن را گرم نماید.
هر چه رسانایی حرارتی دیواره لوله بیشتر باشد، انرژی راحت تر می تواند به آب منتقل شود و آن را گرم کند. لذا دمای آب موجود در داخل لوله آلومینیومی از سایر لوله ها سریعتر بالا می رود، در نتیجه برای ساخت کلکتور بهتر است در صورت امکان از لوله آلومینیومی استفاده نمایید.
به نظر شما چگونه می توان دمای آب را از این هم بالاتر برد؟ اگر بتوانید انرژی بیشتری از خورشید جذب کنید و به لوله انتقال بدهید، دمای آب بالاتر خواهد رفت.
برای این کار می توانید روی لوله ها را با یک صفحه آلومینیومی بپوشانید با این کار انرژی تابیده شده به اطراف لوله نیز به صفحه آلومینیومی برخورد می کند و از آنجا به لوله و آب منتقل خواهد شد.
از فویل می توانید به عنوان صفحه آلومینیومی استفاده کنید. هر چه ضخامت آن بیشتر باشد، انتقال حرارت بهتر صورت می گیرد. لازم است صفحه آلومینیومی کاملاً بر روی لوله بچسبد تا انتقال حرارت به صورت مناسب بین صفحه آلومینیومی و لوله انجام گیرد.
صفحه آلومینیومی چسبانده شده را نیز حتماً باید با رنگ سیاه، رنگ نمایید تا حرارت بیشتری جذب نماید.
حال جدول سوم را به صورت زیر طراحی کنید و با آزمایش پر نمایید.
پس از انجام کلیه آزمایشات، سه جدول بدست آمده را با هم مقایسه کنید.
مشاهده می کنید که دمای آب داخل لوله آلومینیومی در آخرین جدول از سایر جداول بالاتر است، لذا برای ساخت دستگاه از لوله آلومینیومی با جاذب انرژی گسترده (صفحه آلومینیومی) استفاده خواهیم نمود.
تکلیف: جداول فوق را پر کنید.
منابع مطالعه: برای اطلاعات بیشتر درباره جذب و تابش انرژی اینجا کلیک کنید.
مطالب مرتبط:
بخش پژوهش های دانش آموزی - تنظیم: فاطمه گودرزی
