Rüzgarla çalışan bir elektrik jeneratörü oluşturmak için gerekli adımlar:
Öğretmen, dersin uygulanmasından önce bir rüzgar jeneratörü oluşturmalı ve prosedürü test etmelidir.
Sistemdeki video için aşağıdaki yönerge bir örnektir.
Geniş ağızlı bir pipetten 2 cm. uzunluğunda bir parça kesin ve pipetin içine bir çöpşişi, ucu diğer taraftan çıkacak şekilde yerleştirin. Çöpşişin pipetin her iki ucundan çıkan kısımlarının eşit olmasına dikkat edin. İlk çöpşişe dikey olarak yerleştireceğiniz başka bir çöpşişle bu işlemi tekrarlayın. 2 cm. uzunluğundaki pipet bir eksen oluşturmalı ve merkezinde çöpşişlerden bir "çarpı" biçimi oluşmalıdır. Sonuç olarak, çöpşişlere takılı kanatlar olmaksızın bir türbin ortaya çıkacaktır.
Kalem ve cetveli kullanarak kartonlara/kartlara bir kanat çizin. Kanatları çizerken etkinliğin hedefinin, voltmetrede okunacak voltajın en üst seviyeye çıkarılması olduğunu aklınızdan çıkarmayın. Bunun için motorun/jeneratörün şaftı hızlı dönmelidir. Bir diğer deyişle, kanatlar ne kadar çok "rüzgar yakalarsa" türbin o kadar hızlı döner; böylece daha büyük bir akım ve voltaj üretilir. Kanatlar tasarlandıktan sonra bunları çöpşişlere bantlayıp türbinin çarkını oluşturun. Türbinin hızla dönmesi için, fön makinesinden gelen rüzgarın kanatlara büyük bir kuvvetle çarpacağı veya kanatların yüzey alanı ve açısının en üst düzeyde olacağı şekilde bantlanması gerektiğini unutmayın.
Koli bandını kullanarak bir cetveli masaya bantlayın ve cetvelin en az 5 cm’lik bir bölümünün masadan dışarı doğru uzanmasına dikkat edin. Lastik bant veya elektrik bandını kullanarak oyuncak motoru/jeneratörü cetvelin masanın dışına çıkan kısmına bağlayın. Bunu yaparken motor/jeneratör şaftının cetvelin kenarından dışarı doğru asılı kalmasına dikkat edin. Bu, türbin ve masa arasında bir miktar mesafe kalmasını sağlar, böylece türbinin kanatları masaya çarpmaz. Uygulamayı test etmek amacıyla, oluşturulan türbini jeneratör şaftına takarken, kanatlar ve masa arasında, kanat hareketini engellemeyecek kadar bir mesafe kaldığından emin olunmalıdır. Jeneratörden çıkan kablolar voltmetreye, jeneratörün şaftı döndürüldüğünde voltaj kaydedilebilecek şekilde takılmalıdır. Türbinin şafta "yapışmasını" sağlamak için kil, geniş ağızlı pipetin (türbinin merkez ekseni) içine yerleştirilmelidir. Fön makinesi kanatlara doğru çalıştırıldığında tirbün dönmeli ve göstergede bir voltaj kaydedilmelidir.
Derse Giriş İçin Tartışma Başlıkları
Öğretmen, derse girişi öğrencilere en yararlı olacağını düşündüğü şekilde yapmalıdır. Ancak asıl önemli olan, öğrencilerin ön bilgileri, deneyimleri ve kendi kendine sorgulama yetkinliklerini kullanarak kendi öğrenim süreçlerine aktif olarak katılmalarına olanak sağlamaktır.
Fosil yakıtların nasıl elektrik üreteceği konusu tartışılabilir. Elektrik jeneratörlerinin etkinleştirilmesi için sıcaklık ve türbin kullanımı vurgulanmalıdır. Bu aynı zamanda tasarım etkinliğine giriş niteliğinde bir araştırma faaliyeti de olabilir. Öğrenciler, elektrik üretim tesisine düzenlenecek bir geziyle, bölgelerinde kullanılmakta olan yakıt türü ve üretim sistemini tanıyabilirler.
Tartışmada ele alınacak noktalar:
- Gazlar ve özellikleri (özellikle hava)
- Elektrik ve elektrik jeneratörlerinin özelliği
- Fosil yakıtlar, bu yakıtların azalması ve doğal ortamı nasıl etkilediklerine ilişkin kısa bir açıklama
- Alternatif yakıt kaynakları (özellikle rüzgar)
- Rüzgar türbinleri, tasarımları ve işleyişi.
- Rüzgar türbinlerinin mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilmesi. Öğrencilerin enerji kaynağı olarak rüzgar ile fosil yakıt kazanının ürettiği buharı karşılaştırmasını isteyebilirsiniz.
Sıcaklık ve Basıncın Gazlar Üzerindeki Etkisi Nedir?
Prosedürün (aşağıda) 2. bölümünden sonra öğrencilerden havanın (gaz) davranışını ve rüzgarın nasıl oluştuğunu düşünmeleri isteyerek yeni bir tartışma başlatın.
Öğrencilere gazlarnı hareketlerini nelerin etkilediğini sorun. Birkaç yanıttan sonra sıcaklığın ve basıncın gazların davranışını nasıl etkilediğini tartışın.
Yükselen sıcak havaya ne olduğunu düşünün. Bir gaz ısıtıldığında, gazı oluşturan moleküller birbirine çok yakın değildir. Ancak sıcaklık düştükçe moleküller birbirine yaklaşır. Moleküllerin bu yakınlığı aşağıdaki denklemde de gösterildiği gibi gazın yoğunluğunu yansıtır:
Yoğunluk = Kütle /Hacim
Dolayısıyla hacim arttıkça yoğunluk azalır; azaldıkça da artar.
Aşağıdaki denklemle, sıcaklığın ve basıncın etkileri bir araya getirilip açıklanabilir.
PV = nRT, burada:
P = Basınç
V = Hacim
n = belirli sayıda hava molekülü
R = İdeal gaz katsayısı 8.3145 J/ (K mol)
T = Sıcaklık Veya;
P(m/d) = nRT, burada:
m/d Kütle/Yoğunluk anlamına gelir ve matematiksel olarak hacmin yerine geçer.
Tercihen, öğrencilerin bu deneyi yapmadan önce bazı örnek hesaplamalar üzerinde çalışmalarını sağlamak için matematik öğretmenleriyle işbirliği yapabilirsiniz. Bu, bağlantının daha belirgin olmasını sağlayacaktır.
Öğrenciler havanın sıcaklık ile basınçtan nasıl etkilendiğine ilişkin bir bilgi sahibi olduğuna göre, onlardan rüzgarın oluşumu üzerine düşünmelerini isteyebilirsiniz. Rüzgar, sıcaklık ve basınçtaki farklılıklar nedeniyle havanın bir yerden başka bir yere hareket etmesiyle oluşur. Bu hareketi başka unsurlar da etkileyebilir. Öğrencilere, rüzgarın hareketini nelerin etkileyebileceğini ve dünyanın farklı yerlerinde (kıtalar ve okyanuslar gibi) rüzgarın etkilerinin neler olabileceğini sorun. Rüzgarın hareketini etkileyen unsurlara örnek olarak, yeryüzü şekilleri (örneğin, dağlar bir engeldir), iklim, diğer rüzgar cepheleri ve dünyanın dönüşü verilebilir.
