G–teborgs universitetÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝÝ 2002-12-11

Fysik och teknisk fysik

FYL220

Demonstations kurs

Del 2

V”rme- och ell”ra

Presentationen gjord av:

Johan Tengstr–mÝÝÝÝÝÝÝÝÝ Malin OlssonÝÝÝÝÝÝÝÝÝ Helene A EgebergÝÝÝÝÝÝÝÝÝ Johan Olsson

Handledare:

Kurt Nyberg

Kaffe kokare

VÂr ena demonstration gÂr ut p att visa hur en perkulatorbryggare fungerar. Eftersom det blir en allt mer vanligt tillbeh–r i de flesta hem tyckte vi det skulle vara intressant att g igenom teorin f–r den.

En perkulatorbryggare illustreras utav bilden till v”nster. Den fungerar p s s”tt att man h”ller vatten i behÂllaren och v”rmer p detta, med den stigande v”rmen –kar trycket i behÂllaren och vatten pressas upp genom det smala r–ret i mitten och sakta rinner ut –ver kaffet. Detta f–rlopp hade vi t”nkt studera mera visuellt med hj”lp av en E-kolv och ett glasr–r. Vi fyller lite vatten i E-kolven och stoppar i r–ret s som figuren visar, man fÂr se till att det ”r helt t”tt s ingen luft sl”pps igenom. Sedan v”rmer man p vattnet, n”r det blir varmt bildas det ”ven vatten Ânga i E-kolven, n”r denna vatten Ânga –kar i m”ngd –kar ocks dess tryck och volym och den vill expandera. F–r att f plats s b–rjar vatten Ângan pressa undan vattnet och det trycks upp i r–ret (f–r det beh–ver ocks utrymme).

V”rmev”xlare

SolfÂngaren ”r en variant av en v”rmev”xlare. Vatten pumpas runt i ett t”tt packat och sv”ngt r–r som v”rms upp av solens v”rme. Det ”r en svart bakgrund som fÂngar upp v”rmen frÂn solen och som i sin tur v”rmer upp vattnet i r–ret. Det kan anv”ndas f–r uppv”rmning av hus och badanl”ggningar som t.ex. en pool.

V”rme v”xlare anv”nds p mÂnga st”llen i vÂr vardag. I bilar har vi flera. I grillen p bilen har vi en som kyler kylvattnet p bilen. D”r har luften och fartvinden en motsatt effekt gentemot solen. Men den fungerar p i stort samma s”tt. Kylvattnet leds runt i plattor eller kanaler som kyls av fartvinden. Vattnet leds sen vidare till en oljekylare som ”r en annan variant av v”rmev”xlare d”r vattnet kyler oljan som i sin tur kyler motorn.

Fler exempel p v”rmev”xlare ”r v”rmaren i bilen, laddluftkylaren. En vanlig v”rmev”xlare ”r element i hus.

Hur fungerar en solcell?

Solceller ”r tunna plattor av halvledande kisel som omvandlar solljus till elektrisk energi. Plattan dopas s att framsidan blir av n-typ (negativ) och baksidan av p-typ (positiv). Vi fÂr en pn-–vergÂng liksom i en diod. Vid –vergÂngen bildas ett elektriskt f”lt som pÂverkar laddningarna i omrÂdet. OmrÂdet n”rmast pn-–vergÂngen ”r t–mt p fria laddningsb”rare. Alla elektroner befinner sig i valensbandet och kan , trots det elektriska f”ltet, inte f–rflytta sig.

Om kristallen belyses kommer fotonerna i ljuset att lyfta elektroner frÂn valensbandet, –ver energigapet, till ledningsbandet. I ledningsbandet kan elektronerna r–ra sig fritt och kommer sÂledes att r–ra sig i riktning mot det elektriska f”ltet. Denna laddningstransport ger upphov till en str–m i en yttre krets vid en sp”nning av 0,5V. h–gre sp”nningar kan erhÂllas om flera solceller seriekopplas.

En solcell kan omvandla 10-20% av den infallande strÂlningens energi till elektrisk energi. Den forskning som bedrivs p solceller har gjort att man i dem ser en av l–sningarna p framtidens energiproblem. En allvarlig svÂrighet ”r dock framst”llningskostnaden. Den ”r alldeles f–r h–g f–r att det skall l–na sig att producera energi i stor skala med dagens solceller.

Praktiska problem vid solcellsanv”ndning

• Lite ljus per kvadratmeter
• Ej konstant ljus
• ‰rstidsv”xlingar
• Dyrt

Milj–pÂverkan
+ F–rnyelsebar energik”lla
+ Inga utsl”pp

• Giftiga ”mnen och s”llsynta material i vissa sorters celler, som kadmium i tunnfilmsceller
• Giftiga/explosiva gaser vid tillverkning av amorft kisel till tunnfilmsceller

Stort energibehov vid tillverkningen av kristallina solceller