Bygg et vannkraftverk
Endrede felt
Tittel
Beskrivelse
Speiderne bygger sitt eget vannhjul og kobler det til en dynamo for å produsere strøm – og kan til og med lade en USB-enhet! Vannkraft er Norges viktigste kilde til elektrisk energi, og denne aktiviteten gir speiderne en hands-on forståelse av hvordan det fungerer ved å prøve seg frem i en lokal bekk.
Fremgangsmåte
Beskriver her kun et enkelt opplegg, men vilanbefaler anbefale å gi speiderne mulighet til å gjøre det mer avansert. Dersom dere ønsker å drive USB-laderenUSB-laderen, må nok vannhjulet lages litt bedre enn beskrevet her:her.
Dam og overføring:
Dam og overføringSett en renne eller et rør rett i bekken/elva og led vann til vannhjulet.
Sett en renne eller et rør rett i bekken/elva og led vann til vannhjulet.
Turbin (Vannhjul)Bruk platene som sider til vannhjulet og plasser forskalingsbordene som vist på bildet.
Turbin (Vannhjul):
Kutt 4,8x9,8 cm treverk i tre biter og fest dem sammen som på bildet.
Bruk platene som sider til vannhjulet og plasser forskalingsbordene som vist på bildet.
Kutt 4,8x9,8cm treverk i tre biter og fest dem sammen som på bildet.
Bor hull og plasser akslingen.
Generator (Dynamo)Plasser dynamoen slik at denne går jevnt langs kanten på hjulet.
Generator (Dynamo):
Plasser dynamoen slik at denne går jevnt langs kanten på hjulet.
Koble ledningene til dynamo og koble videre enten til en pære eller en likeretter.
Likeretter:
Likeretter (for USB-lading)Komponentene kobles sammen som vist på tegningen. Bruk databladene (data sheets) for å finne ut hvilke "bein" som skal kobles sammen. Dere kan enten lodde det sammen på et veroboard eller skru beina sammen i en sukkerbit. Det viktige er at det er elektrisk kontakt mellom de riktige beina på komponentene.
Komponentene kobles sammen som vist på tegningen. Bruk databladene (data sheets) for å finne ut hvilke "bein" som skal kobles sammen. Dere kan enten lodde det sammen på et veroboard eller skru beina sammen i en sukkerbit. Det viktige er at det er elektrisk kontakt mellom de riktige beina på komponentene.
• Husk å få plussiden av kondensatoren mot plussiden på likeretterbrua.
• Beina på spenningsregulatoren heter "In/V+", "GND" og "Out". Slå opp i komponentens datablad (søk på nettet), og koble "In/V+" mot plussiden av kondensator og likeretter, "GND" mot minussida.
• USB-ledningen eller -kontakten kobles slik: Den svarte ledningen (minus) mot minussida av kondensator og "GND" på spenningsregulator, den røde (pluss) kobles sammen med "Out" på spenningsregulatoren alene.
• Dynamoen kobles til de to beina merket med buede linjer (~). På noen dynamoer er det to ledninger ut, på andre må den ene fasen komme fra festeskruen som dynamoen er festet med.
• Husk på å få plussiden av kondensatoren mot plussiden på likeretterbrua.
Utfordringer og videreutviklingHva med å lage et vannhjul som en Peltonturbin med skåler? Klarer dere lade noe med USB-utgangen? Bruk vannbestandige materialer om vannhjulet skal holde lenge.
• Beina på spenningsregulatoren heter "In/V+", "GND" og "Out". Disse må dere slå opp i komponentens datablad (søk på nettet), og koble "In/V+" mot plussiden av kondensator og likeretter, "GND" mot minussida.
• USB-ledningen eller -kontakten kobles slik: Den svarte ledningen (minus) mot minussida av kondensator og "GND" på spenningsregulator, den røde (pluss) kobles sammen med "Out" på spenningsregulatoren alene.
• Dynamoen kobles til de to beina merket med buede linjer (~). På noen dynamoer er det to ledninger ut, på andre må den ene fasen komme fra festeskruen som dynamoen er festet med.
Dette trenger dere av utstyr
Har laget flere muligheter for opplegg. Velg det som dere mener passer best for dere:
• 1 stk rør eller renne (tilpasses stedet)
• 4 stk forskalingsbord: 20x5x1cm
• 2 stk runde plater med en diameter på 30 cm og tykkelse på 1,2 cm
• 1 stk treverk: 200x4,8x9,8cm 1 stk rund stokk i glattstål: 30x0,8cm
• 1 stk dynamo 1 stk 3m lampettledning Skruer/spiker for å feste ting sammen Hammer/skrutrekker 8mm bor
• Sag Fast-/skiftenøkkel
1 stk pære/led eller lag Likeretter:
• Spenningsregulator, L7805
• Kondensator, Minimum 10V/1mF (Større verdier er bare bra)
• Likeretterbro, Minimum 100V/1A
• Micro-USB ledning eller USB hunnkontakt.
• Sykkeldynamo (Kan erstattes med bildynamo eller en likestrømsmotor, men det krever mer forskning på hvor fort den må gå rundt o.l.) Denne kan dere ta av en gammel sykkel.
• Dersom det ønskes en annen spenning ut enn 5V (NB: Nødvendig med 5V til USB!!) kan L7805 erstattes med L78XX hvor XX er den ønskede spenningen (Finnes for 3, 5, 8, 10, 12, 15 V etc), men da må dynamoen kunne levere så høy spenning (Den høyeste realistiske likespenningen dere kan få til er omtrent spenningen dynamoen er merket med ganger 1,5). Sykkeldynamoer gir vanligvis ca 6V, mens bildynamoer kan gi 10-15V når de snurrer fort nok.
• Veroboard (Søk på nettet) eller sukkerbit.
• De fleste komponentene kan kjøpes på blant annet www.ebay.com, men da må en voksen bestille. Husk at det kan ta opp til en måned, med frakt.
Hva med å lage et vannhjul som en Peltonturbin med skåler? Klarer dere lade noe med USB-utgangen? Bruk vannbestandige materialer om vannhjulet skal holde lenge.
Historie:
Helt fra Vikingtiden har vi i Norge utnyttet bekker og elver for å drive kornmøller. På 1300-tallet begynte man å bruke vannet til å drive sagbruk og fra 1500-tallet ble det brukt i gruver for å drive heiser og pumper.
Før elektrisitetens tid måtte fabrikkenes arbeidsmaskiner koples mekanisk til turbinen, og kraften måtte brukes på stedet.
Dette førte til at industri ble anlagt ved selve kraftkildene. Den første dynamoen ble laget i Tyskland i 1866, og i 1877 ble det første elektrisitetsverket bygget i Norge. Det var ganske lite, og forsynte Lisleby Brug med lys. Allerede i 1885 ble elektrisitet tatt i bruk som drivkraft for industri her til lands.
Forskjellige typer turbiner (vannhjul) er brukt gjennom tidene:
• http://no.wikipedia.org/wiki/Vannhjul
• http://no.wikipedia.org/wiki/Vannturbin
Teori:
• Energi: Energi måles i joule(J), 1 joule er det samme som 1 newtonmeter eller 1 kg*m2*s-2. Energienheten som brukes til daglig, spesielt på strømregningen, er kilowattimer (kWh). En kWh er lik 3 600 000 J (eller 3,6 MJ).
Vann som ligger høyere enn havet har potesiell engergi (mulighet til å utføre et arbeid), det er denne energien ønsker vi utnytte. 1 liter vann 1 meter over bakken har en potensiell energi: Ep = 1kg*G*1m = 9,81J = 9,81Ws = 0,000002725 kWh (G er her Tyngdeakselerasjon = 9,81m/s2</a>).
Det vil si at du trenger 1 L vann som faller 1m for å drive 1 watt pære per sekund (om du ikke har tap). 1 watt = 1 J/s Energien i vannet kan enten utnyttes ved at den fyller et kammer i vannhjulet og bruker tyngden direkte eller ved at energien går over til en hastighet som dytter hjulet.
Energien til hastigheten er Ev= 0,5*m*v2 der m er vannets masse og v er vannets hastighet.
Dam: En dam kan brukes for å lage et magasin for å kunne gi en kontinuerlig vannstrøm til kraftverket.
Overføring (vannvei): For å frakte vannet fra magasinet og til en turbin trengs en vannvei. Denne kan være så enkel som en kanal eller et rør.
Turbin (Vannhjul) og generator (Dynamo): I en vannturbin overføres mekanisk energi i vannet til et turbinhjul som settes i rotasjon. Denne rotasjonen overføres ofte til en generator som produserer elektrisk energi. Les litt om forskjellige turbiner og dynamo.
Likeretter: Strømmen som kommer ut av dynamoen er såkalt vekselstrøm. Det betyr at i stedet for å bevege seg jevnt én retning i ledningen, så går den frem og tilbake mange ganger i sekundet. Mange ting drives like greit med vekselstrøm, for eksempel lyspærer og varmeovner, men de fleste små elektroniske dingser må ha likestrøm.
Derfor må vi bruke en likeretter for å lage likestrøm. I likeretteren inngår det tre ledd - ei likeretterbru, en kondensator og en spenningsregulator. Strømmen ut av ei likeretterbru går bare i én retning, men den stopper opp et lite øyeblikk når den skulle ha byttet retning.
Derfor bruker vi en kondensator for å ta til seg energi når likeretterbrua leverer strøm og gi den tilbake i øyeblikkene likeretterbrua ikke leverer, nesten som et batteri bare at det lades opp og ut mange ganger i sekundet. Til slutt bruker vi en spenningsregulator. Inni spenningsregulatoren er det en liten elektronisk krets som sørger for at spenningen ut av likeretteren ikke overstiger en bestemt verdi. Det er nemlig slik at elektroniske apparater kan bli ødelagte dersom de blir utsatt for høyere spenning enn de er beregnet for. Det finnes spenningsregulatorer for både faste og regulerbare utspenninger, litt avhengig av bruksområdet.
Dam og overføringSett en renne eller et rør rett i bekken/elva og led vann til vannhjulet.
Turbin (Vannhjul)Bruk platene som sider til vannhjulet og plasser forskalingsbordene som vist på bildet.
Kutt 4,8x9,8 cm treverk i tre biter og fest dem sammen som på bildet.
Bor hull og plasser akslingen.
Generator (Dynamo)Plasser dynamoen slik at denne går jevnt langs kanten på hjulet.
Koble ledningene til dynamo og koble videre enten til en pære eller en likeretter.
Likeretter (for USB-lading)Komponentene kobles sammen som vist på tegningen. Bruk databladene (data sheets) for å finne ut hvilke "bein" som skal kobles sammen. Dere kan enten lodde det sammen på et veroboard eller skru beina sammen i en sukkerbit. Det viktige er at det er elektrisk kontakt mellom de riktige beina på komponentene.
• Husk å få plussiden av kondensatoren mot plussiden på likeretterbrua.
• Beina på spenningsregulatoren heter "In/V+", "GND" og "Out". Slå opp i komponentens datablad (søk på nettet), og koble "In/V+" mot plussiden av kondensator og likeretter, "GND" mot minussida.
• USB-ledningen eller -kontakten kobles slik: Den svarte ledningen (minus) mot minussida av kondensator og "GND" på spenningsregulator, den røde (pluss) kobles sammen med "Out" på spenningsregulatoren alene.
• Dynamoen kobles til de to beina merket med buede linjer (~). På noen dynamoer er det to ledninger ut, på andre må den ene fasen komme fra festeskruen som dynamoen er festet med.
Utfordringer og videreutviklingHva med å lage et vannhjul som en Peltonturbin med skåler? Klarer dere lade noe med USB-utgangen? Bruk vannbestandige materialer om vannhjulet skal holde lenge.
Forberedelser
• Finn en egnet bekk eller elv i nærheten der det er trygt å arbeide.
• Skaff utstyr og materialer i god tid (se utstyrsliste). Noen elektroniske komponenter kan ta opptil en måned å få levert fra nettbutikk.
• Vurder om dere vil gjøre den enkle varianten (pære/LED) eller den avanserte (USB-lader med likeretter). Tilpass utstyrslisten deretter.
• Les deg opp på fagstoffet om vannkraft og likerettere, slik at du kan svare på spørsmål fra speiderne.
• Sett deg inn i sikkerhet rundt arbeid ved bekk/elv.
• Skaff utstyr og materialer i god tid (se utstyrsliste). Noen elektroniske komponenter kan ta opptil en måned å få levert fra nettbutikk.
• Vurder om dere vil gjøre den enkle varianten (pære/LED) eller den avanserte (USB-lader med likeretter). Tilpass utstyrslisten deretter.
• Les deg opp på fagstoffet om vannkraft og likerettere, slik at du kan svare på spørsmål fra speiderne.
• Sett deg inn i sikkerhet rundt arbeid ved bekk/elv.
Utstyr
Grunnleggende (for alle varianter):
- 1 stk rør eller renne (tilpasses stedet)
- 4 stk forskalingsbord: 20x5x1 cm
- 2 stk runde plater, diameter 30 cm, tykkelse 1,2 cm
- 1 stk treverk: 200x4,8x9,8 cm
- 1 stk rund stokk i glattstål: 30x0,8 cm
- 1 stk dynamo (sykkeldynamo anbefales – kan tas av en gammel sykkel)
- 1 stk 3 m lampettledning
- Skruer/spiker
- Hammer/skrutrekker
- 8 mm bor
- Sag
- Fast-/skiftenøkkel
Enkel variant: 1 stk pære/LED
Avansert variant (USB-lader med likeretter):
- Spenningsregulator, L7805
- Kondensator, minimum 10V/1mF (større verdier er bare bra)
- Likeretterbro, minimum 100V/1A
- Micro-USB ledning eller USB hunnkontakt
- Veroboard eller sukkerbit (koblingslist)
Tips: De fleste komponentene kan kjøpes på www.ebay.com, men da må en voksen bestille. Husk at det kan ta opptil en måned med frakt. Sykkeldynamoer gir vanligvis ca. 6V. Dersom dere ønsker en annen spenning enn 5V, kan L7805 erstattes med L78XX (finnes for 3, 5, 8, 10, 12, 15 V).
- 1 stk rør eller renne (tilpasses stedet)
- 4 stk forskalingsbord: 20x5x1 cm
- 2 stk runde plater, diameter 30 cm, tykkelse 1,2 cm
- 1 stk treverk: 200x4,8x9,8 cm
- 1 stk rund stokk i glattstål: 30x0,8 cm
- 1 stk dynamo (sykkeldynamo anbefales – kan tas av en gammel sykkel)
- 1 stk 3 m lampettledning
- Skruer/spiker
- Hammer/skrutrekker
- 8 mm bor
- Sag
- Fast-/skiftenøkkel
Enkel variant: 1 stk pære/LED
Avansert variant (USB-lader med likeretter):
- Spenningsregulator, L7805
- Kondensator, minimum 10V/1mF (større verdier er bare bra)
- Likeretterbro, minimum 100V/1A
- Micro-USB ledning eller USB hunnkontakt
- Veroboard eller sukkerbit (koblingslist)
Tips: De fleste komponentene kan kjøpes på www.ebay.com, men da må en voksen bestille. Husk at det kan ta opptil en måned med frakt. Sykkeldynamoer gir vanligvis ca. 6V. Dersom dere ønsker en annen spenning enn 5V, kan L7805 erstattes med L78XX (finnes for 3, 5, 8, 10, 12, 15 V).
Sikkerhet
• Arbeid ved bekk/elv krever alltid tilsyn av voksne. Vær oppmerksom på strøm i vannet og glatte steiner.
• Sørg for at ingen arbeider alene ved vannet.
• Vær forsiktig ved bruk av sag, bor og hammer – gi opplæring i bruk av verktøy før aktiviteten starter.
• Lodding (om aktuelt) skal gjøres av voksne eller under tett veiledning.
• Sørg for at ingen arbeider alene ved vannet.
• Vær forsiktig ved bruk av sag, bor og hammer – gi opplæring i bruk av verktøy før aktiviteten starter.
• Lodding (om aktuelt) skal gjøres av voksne eller under tett veiledning.
Utfordringer og erfaringer
Denne aktiviteten passer godt sammen med fordypningsmerkene elektriker og natur- og miljøvern.
Aktiviteten kan gjøres enklere (bare vannhjul med pære) eller mer avansert (USB-lader med likeretter). Gi gjerne speiderne frihet til å utforske og finne egne løsninger – det er en del av læringen.
Aktiviteten kan gjøres enklere (bare vannhjul med pære) eller mer avansert (USB-lader med likeretter). Gi gjerne speiderne frihet til å utforske og finne egne løsninger – det er en del av læringen.
Ressurser Nytt felt
• Fagstoff: Vannkraft – teori og historie – bakgrunnskunnskap om energifysikk, turbiner og likerettere
• Wikipedia: Peltonturbin
• Wikipedia: Vannturbin
• Wikipedia: Likeretter
• Fordypningsmerke: Elektriker (NSF)
• Fordypningsmerke: Natur- og miljøvern (NSF)
• Wikipedia: Peltonturbin
• Wikipedia: Vannturbin
• Wikipedia: Likeretter
• Fordypningsmerke: Elektriker (NSF)
• Fordypningsmerke: Natur- og miljøvern (NSF)
Mål
| Opprinnelig | Forslag |
|---|---|
|
K-4 Utvikle evner til logisk og taktisk tenking.
K-7 Få erfaring med bruk av arbeidstegninger, oppskrifter og planleggingsverktøy.
K-8 Få øvelse og kunnskap innen bruk og vedlikehold av ulike redskaper.
S-5 Reflekter over hvordan politiske beslutninger påvirker livet ditt, og engasjer deg i politiske spørsmål.
|
K-4 Utvikle evner til logisk og taktisk tenking.
K-7 Få erfaring med bruk av arbeidstegninger, oppskrifter og planleggingsverktøy.
K-8 Få øvelse og kunnskap innen bruk og vedlikehold av ulike redskaper.
K-9 Få erfaring i å bruke forskjellige naturmaterialer og andre typer materialer.
|
Varighet
| Opprinnelig | Forslag |
|---|---|
| 90 min +++ | 90 min |
Uendrede felt
Aldersgrupper
—
Stifinner, Vandrer, Rover
Årstid
—
Vår, Sommer, Høst
Sted
—
Både inne og ute