Technologie, Nauka
Kopalnia fotoelektronów
Przesłanka: maszyna w przyrodzie nienaśladująca natury.
Technika:
Panel PV - układ fotowoltaiczny dostarczający energii elektrycznej do silnika elektrycznego poruszającego tarcze w maszynie elektrostatycznej.
Uziemienie – przewód wykonany z przewodnika łączący ciało naelektryzowane z ziemią. W wyniku połączenia ciało naelektryzowane oddaje lub przyjmuje odpowiednią liczbę ładunków ulegając zobojętnieniu (staje się elektrycznie obojętne).
Układ fotoelektryczny - emisja fotoelektronów z powierzchni naelektryzowanego materiału w powietrzu.
Ułożenie:
1. elektryzowanie (rozdział ładunków elektrycznych)
2. zobojętnianie elektryczne "dodatniego iskiernika"
3. emisja fotoelektronów z powierzchni materiału
Opis:
1. Za pomocą maszyny elektrostatycznej elektryzowany jest materiał fotoelektryczny.
2. Za pomocą uziemienia zobojętniana jest naelektryzowana dodatnio część układu.
3. Za pomocą fotonów czyniących efekt fotoelektryczny uzyskane są fotoelektrony.
Model układu:
Mf - moc promieniowania elektromagnetycznego czyniącego efekt fotoelektryczny
Nf - ilość fotonów czyniących efekt fotoelektryczny
Ef - energia fotonu czyniącego efekt fotoelektryczny
Ne - ilość emitowanych fotoelektronów
Mf * t = Nf * Ef * t
Nf = Mf / Ef
Ne = w * Nf, w - współczynnik techniczny, w < 0
***
Słońce i atmosfera Ziemi - Słońce emituje ultrafiolet w zakresie UV-A, UV-B i UV-C (promieniowanie słoneczne). Ziemska atmosfera pochłania całkowicie UV-C oraz część UV-B w warstwie ozonowej. W efekcie około 97% ultrafioletu, który dociera do powierzchni Ziemi, to UV-A – długość fali 315–380 nm.
Procent całkowitego promieniowania docierającego do Ziemi:
0% - UVC - promieniowanie ultrafioletowe,
0,1% - UVB - promieniowanie ultrafioletowe,
4,9% - UVA - promieniowanie ultrafioletowe,
39% - światło widziane,
56% - promieniowanie podczerwone.
Energia promieniowania UV przy bezchmurnym pogodzie stanowi ok. 7% energii emitowanej w widmie promieniowania słonecznego, która dociera do powierzchni Ziemi.
W okresie od kwietnia do września na obszar Polski przypada ok. 80% padającego promieniowania rocznego. Średnia moc promieniowania słonecznego na 1m2 powierzchni wynosi około 1000 W.
***
Niech Mf = 100 W na na 1m2 powierzchni materiału fotoelektrycznego.
Nf = 100 J / Ef
Ef = h * c / λ
gdzie:
Ef - energia fotonu w dżulach, [ E ] = J * s * m / s / m = J.
h = 6,63 * 10^(-34) J * s - stała Plancka,
c = 3 * 10^8 m/s - prędkość światła
λ - długość fali (w metrach)
Nf = 100 * λ / h * c
***
Czy za pomocą układów pomiarowych (przełącznik A i B) można zmierzyć natężenie prądu elektrycznego?
cdn.
fot. "Staramy się naśladować naturę i czasami nawet nieźle nam to wychodzi"
ps. Studium eksperymentu w oparciu o wybrany przykład innowacji.
