Giáo án Stem Máy phát điện gió

Chủ đề 3 MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ Mục tiêu Nêu được gió cũng tạo ra năng lượng có ích Xây dựng được mô hình máy phát điện bằng sức gió Tìm hiểu tính năng tự động của hệ thống máy phát điện gió sử dụng tính n.

Chủ đề 3:

MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ Mục tiêu

- Nêu được gió cũng tạo ra năng lượng có ích.

- Xây dựng được mô hình máy phát điện bằng sức gió

- Tìm hiểu tính năng tự động của hệ thống máy phát điện gió sử dụng tính năng điều khiển

1 Tìm hiểu về gió và phát điện bằng sức gió

Sự chuyển động của khối không khí từ nơi này đến nơi khác tạo ra gió Nguyên nhân của chuyển động này là do sự chênh lệch nhiệt độ ở các vị trí khác nhau trên Trái Đất Khối khí dịch chuyển từ vị trí có nhiệt độ cao đến vị trí có nhiệt độ thấp

Người ta đo sức mạnh của gió bằng quy ước cấp độ gió, chẳng hạn một số cấp độ gió được mô tả như sau:

Bảng 1 Mô tả cấp độ gió

Cấ

Mô tả Gió êm Gió rấtnhẹ

Gió thổi nhẹ vừa phải

Gió nhẹ nhàng

Gió vừa phải

Gió mạnh

Gió rất mạnh

Gió bão

dữ dội

Gió bão cực mạnh Tình

trạng

mặt

biển

Phẳng

lặng lăn tăn,Sóng

không

có ngọn sóng

Sóng lăn tan lăn tănSóng

lớn

Sóng nhỏ, có đỉnh sóng

Sóng lớn có chỏm sóng và bụi nước

Ngọn sóng bắt đầu cuộn lại, nhiều bụi nước

Sóng cực cao Sóngbiển

cực kì mạnh.

Đánh đắm tàu biển trọng tải lớn.

Gió lớn có thể thổi bay xe cộ, nhà cửa, gió cũng làm quay cối xay gió và đẩy thuyền buồm, nên có thể nói gió mang năng lượng Khai thác năng lượng của gió để phát điện là một nguồn lực lớn cho nền kinh tế hiện nay Năng lượng gió là năng lượng sạch, không bị ô nhiễm và gần như không cạn kiệt

Với ưu thế là quốc gia biển, tiềm năng lượng gió của Việt Nam là đáng kể, chúng ta

có thể khai thác năng lượng gió trong việc phát điện bằng sức gió

Nguyên tắc chung của phát điện bằng sức gió là gió thổi luồng không khí đi qua cánh quạt của máy phát điện, từ đó làm quay tuabin của máy phát điện, tạo ra điện

Một số loại máy phát điện gió:

1.1 Thảo luận với bạn để nêu nguyên nhân gây ra gió và sự chuyển hòa năng lượng gió thành các loại năng lượng khác

Nguyên nhân gây ra gió Năng lượng gió có thể chuyển thành

1.2 Thảo luận với bạn để xây dựng mô hình máy phát điện gió với các yêu cầu

- Tạo ra được điện năng để tháp sáng đèn LED bằng nguồn gió do quạt tạo nên

- Đảm bảo máy phát điện không bị đổ khi đặt ở nơi có gió to vừa phải

2 Thiết kế mô hình máy phát điện gió

Bước 1: Cả nhóm thảo luận thống nhất thiết kế mô hình máy phát điện gió.

Bản vẽ, kích thước

Mô tả thiết kế máy phát điện gió

Bước 2: Trình bày bản thiết kế và bản vẽ để cả nhóm thống nhất chế tạo.

3 Chế tạo máy phát điện gió

Cả nhóm chế tạo máy phát điện gió theo bản thiết kế đã thống nhất hoặc chế tạo theo gợi ý dưới đây (các chi tiết xem phụ lục, trang 41)

- Tạo trụ cánh và cánh quạt

- Tạo puly cho máy phát

- Tạo thân máy phát

- Hoàn thiện máy phát

4 Vận hành máy phát điện gió

Bước 1: Chuẩn bị quạt điện có chức năng thay đổi tốc độ gió để làm nguồn gió cho

máy phát

Lưu ý

Chỉ cần quạt nhỏ, tạo gió nhiều nấc nhưng không quá mạnh vì có thể thổi bay máy phát

Bước 2: Kết nối cảm biến hiệu điện thế vào cổng tín hiệu 1 của bộ chuyển đổi

CoachLabII, cắm hai đầu đo của cảm biến hiệu điện thế với hai đầu dây đo tương ứng của máy phát điện gió (Xem hình 7)

Bước 3: Kết nối máy tính với thiết bị chuyển đổi CoachLabII qua cổng USB, cấp

nguồn cho bộ chuyển đổi CoachLabII, sau đó mở phần mềm Coach 7 trên máy tính (xem hình 8)

Bước 4: Kích vào nút trên thanh công cụ để mở tệp "Phát điện gió.cma7"

* Vôn (kí hiệu là V) là một trong những đơn vị dùng để đặc trưng cho độ lớn của nguồn điện, nguồn điện càng lớn thì số vôn càng lớn

Bước 5: Bật quạt ở mức có tốc độ gió nhỏ nhất, sau đó tăng tốc độ gió lên mức vừa,

rồi đọc số vôn đo được ở từng mức độ gió rồi điền vào Bảng 2:

Bảng 2

Mức độ gió

Số vôn đo được

Lưu ý

Khi quạt ở tốc độ gió lớn nhất mà máy phát điện vẫn không hoạt động thì cần điều chỉnh hướng, góc cánh, khoảng cách,

Bước 6: Lựa chọn tốc độ gió để có được số vôn trong khoảng 2,5V đến 2,9V.

Chú ý: Có thể lắp nhiều đèn LED với nhau để tăng độ sáng, nếu đèn LED bị nhấp

nháy thì chọn các đèn LED có số vôn nhỏ hơn

5 Báo cáo sản phẩm

Bước 1: Cả nhóm thống nhất nội dung sẽ trình bày, báo cáo.

Gợi ý:

- Trình bày cách chế tạo và vận hành của máy phát điện gió

- Trình bày cách thực hiện đo số vôn ứng với từng tốc độ quạt

- Trình bày cách tạo ra điện của máy phát

- Trình bày các khó khăn gặp phải trong quá trình thực hiện

Bước 2: Nhóm cử một bạn trình bày trước nhóm, cả nhóm đặt câu hỏi và góp ý Gợi ý:

- Máy phát điện gió hoạt động như thế nào?

- Tại sao máy phát điện gió lại quay khi óc gió từ quạt điện thổi vào?

6 Mở rộng

Bước 1: Bố trí, lắp đặt như hình 9.

Bước 2: Tìm hiểu câu lệnh lập trình trong tệp "Phát điện gió.cma7".

If (Voltage(1) < 1.5) or (Voltage(1)

> 3) Then

Nếu số vôn nhỏ hơn 1,5V hoặc lớn hơn 3V thì

Switch (B;On) Công tắc B đóng để chuyển sang nguồn phụ

SetLevel(1;1) Đặt điện áp ra của nguồn A ở mức độ 1

Else Trường hợp khác đến số vôn trong khoảng 1,5V đến 3V

Switch (B;Off) Công tắc B mở, sử dụng nguồn điện do cánh quạt quay tạo ra.

Until [Esc] Nhấn [Esc] để thoát chương trình

Hướng dẫn kết nối: Cắm lần lượt hai đầu dây đỏ và dây xanh của nguồn dự phòng A vào hai đầu tín hiệu A1 và A2 Cắm hai đầu dây B điều khiển công tắc chuyển mạch vào hai đầu B1 và B2 của thiết bị chuyển đổi CoachLabII

Bước 3: Sau khi kết nối xong, nhấn vào núi trên thanh công cụ và trên cửa sổ

chương trình để vận hành kiểm tra đèn có sáng trong các trường hợp: khi không có gió, gió nhỏ hoặc gió quá to hay không

Chủ đề 4:

CHUỒNG NUÔI THÔNG MINH Mục tiêu

- Nêu được một số đặc điểm của thú cưng, vật nuôi trong nhà mà em yêu thích

- Thiết kế, chế tạo được chuồng nuôi phù hợp cho vật nuôi đó

1 Xác định nhiệm vụ cần tìm tòi khám phá

Tìm hiểu về thú cưng, vật nuôi ở nước ta

Thú cưng, vật nuôi là những động vật được nuôi để làm cảnh, được người nuôi nâng niu, chăm sóc Vật nuôi không chỉ là những loài thú nhỏ như chuột hamster, thỏ, chó, mèo, mà còn có thể là lợn, gà và nhiều loài động vật khác Nhiều nghiên cứu cho thấy việc này giúp con người cảm thấy vui hơn nên có thế kéo dài tuổi thọ, ngoài ra vật nuôi cũng giúp ích được rất nhiều việc cho chủ

Một số loại vật nuôi phổ biến trong gia đình

1.1 Lựa chọn vật nuôi yêu thích

Thảo luận nhóm và điền một số đặc điểm của vật nuôi yêu thích mà em lựa chọn vào bảng dưới đây

1.2 Xây dựng tiêu chí của chuồng nuôi thông minh

Để vật nuôi không leo lên giường ngủ vì có thể mang rận sang người; không đi vệ sinh tự do quanh nhà để tránh gây ô nhiễm và nguy hiểm cho những người xung quanh em cần phải có một chuồng nuôi cho chúng Giống như một căn nhà nhỏ cho vật nuôi, ở đó có thức ăn, nước uống tự động để tránh lãng phí thức ăn thừa Đáy chường có khay chứa phân và thức ăn rơi vãi để thuận tiện cho việc vệ sinh chuồng Thảo luận nhóm, thống nhất tiêu chí xây dựng một chuồng nuôi thông minh

Nhóm có thể xây dựng một chuồng nuôi thông minh đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có kích thước tối thiểu dài 30cm, rộng 20cm, cao 30cm (phù hợp với kích thước của vật nuôi)

- Có 1 cửa chính có thể đóng/mở được

- Có bình thức ăn và nước uống được nối với động cơ để cung cấp tự động cho vật nuôi

- Có khay chứa phân ở đáy chuồng

2 Xây dựng phương án thiết kế chuồng nuôi thông minh

Bước 1: Cả nhóm thống nhất thiết kế và vẽ mô hình chuồng nuôi thông minh

Lưu ý

Kích thước của chuồng phải đủ lớn để các bạn có thể cùng làm và vật nuôi có thể sinh hoạt được trong chuồng

Mô tả đặc điểm và kích thước của chuồng

Bản vẽ chuồng và kích thước về chiều dài, chiều rộng, chiều cao

Bước 2: Trình bày hoạt động của chuồng nuôi đã thiết kế, thống nhất về chức năng

các bộ phận của chuồng

3 Chế tạo chuồng nuôi thông minh

Các em hãy chế tạo chuồng nuôi thông minh theo phương án đã thống nhất hoặc theo hướng dẫn gợi ý dưới đây:

Thành phần chính:

1 Khung chuồng nuôi là hình chữ nhật;

2 Cửa nằm ở một mặt chuồng;

3 Đế và khay trượt;

4 Hộp đựng thức ăn;

5 Động cơ và băng chuyền thức ăn;

6 Chai nước và máng uống nước

* Chế tao chuồng nuôi

1 Xây dựng khung chính

Bước 1 Tạo mặt trên của chuồng:

- Cắt 1 tấm lưới bằng diện tích mặt trên của chuồng, có mép ngoài để gài vào tấm làm khung chuồng

- Cắt 4 thanh gỗ mẫu như bên dưới làm mặt trên của chuồng

- Dùng dây thép nhỏ cố định hai bộ phận trên với nhau tạo mặt trên của chuồng Bước 2: Tạo mặt bao quanh có hai cửa

- Cắt tấm lưới có chiều rộng bằng chiều cao của chuồng, chiều dài bằng tổng chiều dài 4 mặt của chuồng rồi gấp vuông lại theo từng góc

- Tạo cửa chuồng: Đo và cắt 1 tấm lưới và 4 thanh gỗ làm khung cửa chuồng Dùng keo dán gỗ, dây thép và đinh nhỏ lắp ghép thành cửa chuồng

Bước 3: Tạo đáy chuồng

Đo và cắt các tấm khung chuồng, tạo các bộ phận như hình 10 Cố định chặt khung chuồng bằng keo dán gỗ hoặc dây thép và đinh nhỏ

2 Lắp ráp các phần để tạo chuồng mới

3 Kết nối thiết bị và chạy thử mô hình

Bước 1: Kết nối thiết bị chuyển đổi CoachLabII với nguồn điện 220V và với máy tính qua cổng USB (Xem Hình 12)

Bước 2: Kết nối cụm động cơ (mô-tơ) với cổng ra A của thiết bị chuyển đổi CoachLabII (dây đỏ cắm vào đầu A1, dây đen cắm vào đầu A2)

Bước 3: Kích đúp vào biểu tượng của phần mềm Coach 7 trên máy tính, kích vào nút

mở để mở tệp "Chuồng nuôi thú cưng.cma7" trên máy tính, sau đó kích vào nút trên thanh công cụ và trên cửa sổ chương trình để vận hành thử

Câu lệnh trong

Repeat Lặp lại các hành động theo lịch Lệnh bắt buộc

Wait(10) Mô-tơ nghỉ trong 10

giây

Hẹn giờ để cứ sau 10 giây, hệ thống băng tải thức ăn bắt đầu hoạt

động Motor(A;Left)

Wait(5)

Mô-tơ quay từ phải sang trái trong 5 giây

Có thể điều chỉnh quay phải và tăng giảm thời gian mô-tơ quay

Motor (A;Stoplt) Mô-tơ ngừng quay Có thể điều chỉnh quayhoặc dừng

Có thể viết thêm các câu lệnh

Mô tả cơ chế hoạt động cho vật nuôi ăn: Đến giờ ăn, mô-tơ quay làm cho băng chuyển chuyển động, đồng thời nam châm điện làm mở hộp thức ăn, lúc này thức ăn

sẽ rơi trên băng chuyền, băng chuyền chạy trong 5 giây đưa thức ăn từ đầu chuồng đến cuối chuồng để đảm bảo thức ăn được cung cấp cho tất cả vật nuôi Mô-tơ dừng quay trong 10 giây để nghỉ Hết 10 giây, quá trình lại lặp lại như lúc ban đầu

Bước 4: Điều chỉnh mô hình đảm bảo

Mô-tơ chạy vào đều, thức ăn không bị rơi ra

Mô-tơ chạy ra ổn định, gom được thức ăn thừa

Khi thay đổi thời gian, mô-tơ chạy vào và mô-tơ chạy ra thì mô hình hoạt động được theo sự điều chỉnh

4 Trình bày và báo cáo kết quả

Bước 1: Cả nhóm thống nhất nội dung trình bày

Gợi ý:

- Nêu lí do nhóm em chọn vật nuôi đó

- Trình bày bản thiết kế và cách tạo chuồng nuôi thông minh

- Trình bày cách kết nối với thiết bị chuyển đổi

- Mô tả thời gian hoạt động theo sự điều khiển của nhóm

- Biểu diễn hoạt động của sản phẩm

Bước 2: Phân công thành viên báo cáo

Gợi ý:

- Nhóm cử một bạn trình bày trước nhóm, cả nhóm góp ý

- Cả nhóm đặt ra câu hỏi cho bạn tập trả lời như: Vì sao lại chọn vật nuôi đó? Chuồng nuôi nhóm em tạo có điểm gì độc đáo, đặc biệt, thông minh? Nhóm em đã tính toàn

và thay đổi giờ cho vật nuôi ăn như thế nào?

Mang chuồng nuôi về nhà chạy thử nghiệm

5 Mở rộng

Đưa ra ý tưởng thiết kế chuồng cho các vật nuôi khác trong gia đình