Dag Karina,

ht ding werkt met een zonnecel. Misschien eens iets onderzoeken als: "Als de lichtsterkte 2 x zo groot wordt, wordt dan de snelheid van het motortje ook 2 x zo groot?"

Kun je verzinnen hoe je makkelijk de lichtsterkte zou kunnen variëren in een proefopstelling?

Groet, Jan

Hallo,

We nemen een lamp 5V/6A met gelijkspanning. En we moeten het vermogen variëren. En vermogen is: P= U*I
Dus wij dachten eraan om de spanning te variëren. Dat doen we dan met een voedingskastje. Is dat een goed idee?

Dag Karina,

Lijkt me niet zo'n best idee. Punt één is er maar een gering deel van het (elektrisch) vermogen dat vrijkomt als licht, punt twee is dat lichtdeel van dat vermogen niet evenredig met de stroomsterkte door de lamp.

Je kunt wel het op je zonnecel vallende vermogen zó variëren dat je er nog aan kunt rekenen (in elk geval verhoudingsgewijs) door de afstand tussen lamp en cel te variëren. Pas op, het verband tussen lichtsterkte en afstand tot de lamp is niet rechtevenredig: Je moet denken dat het licht valt op het binnenoppervlak van een denkbeeldige bol rondom je lamp.

Groet, Jan

Dus we moeten de afstand veranderen, want hoe verder het lampje van de cel afligt, des te minder licht erop valt. Maar hoe leggen we dan het verband tussen afstand en vermogen? Ik bedoel praktisch kunnen we zeggen hoe verder, des te kleinder het vermogen. Maar ik bedoel eerder met formules enz. Hoe leggen we een verband tussen afstand en vermogen met formules?

Jan van de Velde, 16 apr 2009
 Je moet denken dat het licht valt op het binnenoppervlak van een denkbeeldige bol rondom je lamp.


Naarmate je de straal van die denkbeeldige bol vergroot (de afstand lamp-cel vergroot) wordt het oppervlak van je zonnecel wordt een steeds kleiner deel van het oppervlak van die denkbeeldige bol, en vang je dus een navenant kleiner deel van het uitgestraalde licht op. 

Er is dus een omgekeerd kwadratisch verband tussen het opgevangen vermogen en de afstand.

groet, Jan

Kan ik het rendement van de zonnecel buiten beschouwing laten?

Dat hangt er net van af wat je wilt gaan doen. Maar binnen redelijke grenzen (dwz niet extreem weinig, maar ook niet extreem veel licht) is het rendement van je zonnecel betrekkelijk onveranderlijk.

Of je werkelijk in zo'n gebied zit waar het rendement redelijk constant is zal blijken uit je grafiek waarin je het vermogen van je cel uitzet tegen de wortel uit de afstand. Dat is dan nagenoeg een rechte.

Als ik de afstand tussen de zonnecel en het lampje vergroot, vergroot ik dan ook de lichtsterkte? (misschien domme vraag, maar voor de zekerheid)

Domme vragen bestaan per definitie niet. :)

Maar laat ik hem met een wedervraag beantwoorden:

Wanneer knijp je je ogen dicht: als je van 1 m afstand in een bouwlamp kijkt, of vanaf 10 m?

Als je op 1m afstand staat! Dus naarmate de afstand groter wordt, neemt de lichtsterkte af. En daarmee dus ook het vermogen! Nu begrijp ik het helmaal! Heel erg bedankt!

Graag gedaan.

Hou ons op de hoogte. Maar ik heb het gevoel dat je nog lang niet klaar bent, en dus nog wel met meer vragen hierover gaat komen :)

Groet, Jan

Ok we gaan dus het volgende doen: We laten een lampje branden van 6V en 5A.Voor de lamp plaatsen we een zonnecel, die we aansluiten op een ventilatortje. Achter het ventilatortje plakken we een lichtsensor en aan de andere kant van het ventilatortje laten we een laser bundel vallen. Het ventilatortje gaat draaien door de energie die het krijgt van van het licht van het lampje. De laserbundel wordt dan steeds onderbroken door de wieken van de ventilator en zo krijgen we een grafiek met behulp van het programma Coach. Met die grafiek kunnen we de trillingstijd berekenen en daarmee dus ook de frequentie, want f= 1/T. Dit doen we een paar keer maar dan met verschillende afstanden tussen het lampje en de zonnecel.

Dit kan wel toch?

Dat is (in theorie) een prima opzet. Ik zeg "in theorie" omdat:

- bereken eens het elektrisch vermogen van je lampje
- het is een gloeilampje, wat is gemiddeld het rendement van zo'n ding?
- wat zal dus ongeveer het lichtvermogen zijn van zo'n lampje?
- bereken de oppervlakte van een bol met straal 20 cm
- hoeveel licht in watt/m² valt er op die afstand op die denkbeeldige bol rond het lampje?
- wat is de oppervlakte van je PV-cel?
- hoeveel watt lichtvermogen vangt je PV-cel dus op op 20 cm afstand van je lampje?
- 20% is een toprendement voor een PV-cel, ik weet niet of die van jullie dat haalt.
- schat hoeveel watt je cel zou kunnen leveren als het op 20 cm afstand van een 6V 5A gloeilampje wordt gehouden.
- vraag je af of je molentje dan nog draait?

Groet, Jan

Andere vraag die ik mij intussen stel maar waar ik zo snel geen sluitend antwoord op heb: Is de snelheid van je ventilatortje recht evenredig met het vermogen dat je motortje ontvangt?

Vraag is dus of de opzet wel zo prima is als ik in eerste instantie dacht. Als het gaat om het resultaat, dwz koeling van eht voorhoofd, gaat het ongetwijfeld de goede kant op. Maar puur in elektrische rendementstermen hou ik het liever als vraagteken....

Groet, Jan

We  hebben de proef na de vakantie, maar we hebben het onderzoeksplan vandaag ingeleverd. En ook ons docent zei dat het goed was, maar dat we het vermogen ook moeten berekenen zoals u het hierboven heeft vermeld met al die stappen. Maar ik vraag me wel af of het 6V-5A lampje het wel haalt. Ik denk het eigenlijk niet, tenzij we korte afstanden nemen. Of zie ik het verkeerd?

Een onderzoeksplan is nooit verkeerd: als je van te voren alles weet is er geen onderzoek meer nodig.  Didactisch krijg je de beste resultaten als er achteraf een hoop verklaard moet worden omdat het niet liep zoals gedacht. Het is dus prima denkbaar dat je proefje nauwelijks bruikbaar resultaat heeft, maar dat er een bést verslag uitrolt. Met daarin onder andere als puntenverdieners aanbevelingen voor een aanpak die waarschijnlijk meer resultaat heeft.

Hallo,
We moeten de proef overmorgen doen, dus wilde ik me voorbereiden en daarvoor nam ik de bovenste dingen door. Maar ik snap een paar dingetjes niet.
- Waarom nemen we straal 20? Of heeft u dat gewoon als voorbeeld genomen.
-Hoe berekenen we hoeveel licht in watt/m² er op de bol valt?

Bedankt

Zou het niet beter zijn als we een feller lampje namen?

die 20 cm is puur een voorbeeld. Die kun je variëren. Het is zeer wel mogelijk dat de hoeveelheid licht je rendement beïnvloedt.

Hoeveel licht er op je cel valt bereken je precies met de oppervlakte (en dus die straal ) van die denkbeeldige bol. Want daarop valt ál het licht van je (puntvormige) lichtbron, en je PV-cel dekt maar een klein stukje van die bol af. Hoe groter de afstand, hoe kleiner de lichtstroom die op de PV-cel valt.
Verder moet je natuurlijk nog weten hoeveel licht je lichtbron dan wel geeft.

Fellere lampjes zijn in dit geval altijd beter, heb je meer speelruimte.

Dus om het vermogen licht dat op de zonnecel valt te berekenen moeten we gewoon de oppervlakte an de denkbeelidge bol berekenen? Dus pi*r^2?

(pas op, πr² is de formule voor de oppervlakte van een cirkel.......)

hoe dan ook, stel je hebt 150 W lichtvermogen, dat alle kanten op straalt.

Je zet je cel op een of andere afstand, stel dat de oppervlakte van een BOL met die straal 2 m² zou zijn

Je cel heeft echter een oppervlakte van slechts 2 dm² dat is dus 1 % van de oppervlakte van die bol. Dan vangt hij ook maar 1 % van al het uitgestraalde licht op. Ofwel slechts 1,5 W ontvangen vermogen.

Wordt het zó dan wat duidelijker?

Groet, Jan 

Oh zooooooo
Nu snap ik het! Heel erg bedankt! Ook voor het verbeteren van de formule die ik wilde gaan gebruiken om de oppervlakte van de bol te berekenen. Nu maar hopen dat het gaat lukken morgen!

Kan het zo zijn dat de oppervlakte van de zonnecel groter is dan de oppervlakte van de bol? Want ik heb een hele kliene afstand genomen waarbij de oppervlakte van de bol groter is dan de oppervlate van de zonnecel zelf. Zo krijg ik een grotere opgevangen vermogen dan de lamp uitstraalt.

Dan krijg je nu weer een ander probleem. Dan kom je zó dichtbij dat die benadering van die bol niet meer opgaat.

Want je cel is niet bolvormig hè, een groot deel van het uitgezonden licht schijnt er onvermijdelijk lángs, ook al is de oppervlakte ervan even groot of groter dan die van je denkbeeldige bol.  Nu zou je eigenlijk met ruimtehoeken (steradialen) moeten gaan rekenen, en ik denk niet dat dat voor jullie "leuke" wiskunde is.
Op afstanden die een paar keer groter zijn dan de doorsnede van je cel speelt dat effect nauwelijks een rol, en mag je die bolbenadering probleemloos gebruiken. Maar hoe dichterbij je komt, hoe groter de afwijking die die bolbenadering geeft.

Bedenk, als je 6 cellen neemt die je als een kubus rond je lichtbron opstelt, dat elke cel dan maar 1/6 deel van al het licht opvangt. Dus, als de afstand van je lichtbron tot je cel is gedaald tot de halve breedte van je cel, dan vang je nog maar 1/6 deel van het uitgestraalde licht op.

Als je je lichtbron letterlijk óp je cel zou plakken (afstand 0) dan vang je nog maar de helft van al het licht op. (het licht dat anders op de onderste helft van je denkbeeldige bol zou vallen, en de andere helft straalt vrolijk naar boven van je cel vandaan.)

Dus, als je zó dichtbij komt, dan zul je andere strategieën moeten bedenken om te berekenen welk deel van het uitgezonden licht je daadwerkelijk opvangt.

En dat alles dan gesteld dat je lichtbron werkelijk naar alle kanten evenveel licht uitstraalt, wat óók al niet waarschijnlijk is bij een praktische lamp.

Maar in principe kan ik het dus buiten beschouwing laten. Dan begin ik gewoon bij een aftsand dat een prcentage onder de honderd geeft.

Dat mag je alleen buiten beschouwing laten als je begint vanaf een afstand waarbij de oppervlakte van je cel vér onder de 100% van de oppervlakte van de denkbeeldige bol zit.

Want met 100% heb je nog steeds een volledig bolvormige cel.

Als we dit onderzoek met een natriumlamp met hetzelfde vermogen zouden doen, zouden de uitkomsten dan anders zijn? (Ik vroeg het me gewoon af)