風力發電機所需器材和原料:
1 主體木板 2片
2 太陽能專用馬達(轉軸上附齒輪)1.5~4.5V 1組
3 大齒輪 1個
4 小齒輪 1個
5 方形木塊 2個
6 三孔木塊 1個
7 長形木塊 1個
8 金屬棍 1支
9 綠色LED燈(3V) 1個
10 泡棉雙面膠 1片
11 螺絲釘(2mm*6mm) 12支
12 珍珠板(30 * 30 cm) 1片
13 砂紙 1張
14 保麗龍膠 1罐
15 透明膠帶 1卷
16 美工刀 1把
17 螺絲起子 1支
18 圓規 1支
19 量角器 1個
20 小膠帶 1卷
圖1簡易風力發電機制作部分器材,阿拉伯數字為器材表內的編號。
【步驟】
一、風車主體組裝
1.將大齒輪圓孔套入金屬棍,內推至距一端約1公分,如圖2。
2.取一方型木塊套入金屬棍的較長端。
3.將步驟2裝置的方形木塊貼齊主體木板縫隙的邊緣,使用螺絲釘固定,如圖3。
※簡易風力發電機制作注意事項:鎖緊螺絲釘時,應避免用力過大,導致木塊及主體木板破裂。
將步驟2完成的裝置放在主體木板上。
4.取另一個方型木塊套入金屬棍的較短端,使其對準主體木板上的孔洞;調整大齒輪位置,使其位于縫隙正中間,并與縫隙平行;最后使用螺絲釘固定方形木塊,如圖4。
5.以螺絲釘將長形木塊固定于步驟4的主體木板下端,如圖5。
6.將太陽能專用馬達置入步驟4主體木板上的凹槽,調整馬達主軸上齒輪與大齒輪的咬合位置,使其能順利轉動,如圖5。
7.若咬合的齒輪轉動困難,則剪下一小段砂紙,磨擦主體木板的凹槽底部,直至馬達位于最佳位置,如圖6調整好后,取出馬達備用。
自制風力發電機
8.將LED燈固定在三孔木塊上方孔洞,如圖7。兩支腳分別插入在下方的小孔(長腳是正極、短腳是負極),使兩只腳都能伸出孔洞之外,如圖8。
9.剝除太陽能專用馬達電線末端的絕緣外層,使內部的金屬線露出約2公分,如圖9。
10.將太陽能專用馬達的紅色金屬線(正極)纏繞在LED的長腳(正極),黑色金屬線(負極)纏繞在LED的短腳(負極),如圖10。
11.將步驟10的裝置以2根螺絲釘固定于步驟7的主體木板上,如圖11。
12.將第二片主體木板覆蓋在步驟11的裝置上,再次檢查馬達是否位在最佳位置。若否,則重覆步驟7。
13.使用6個螺絲釘將第二片主體木板固定,測試大齒輪與太陽能專用馬達上的小齒輪是否能順利轉動,如果轉動困難,則重新調整螺絲釘的位置,如圖12。
二、扇葉組的裁切
1.使用圓規,在板上畫出四個直徑分別為12、11、3、2公分的同心圓,如圖13。
自制風力發電機
2.分別將直尺貼齊圓周邊緣的各點,再以小刀沿著直尺切掉圓周外的珍珠板,重覆此動作,直至接近圓形為止,最后以砂紙磨除圓周邊緣的棱角,如圖14。
3.以直尺及筆畫出相互垂直的兩條直徑,再以量角器,將圓均分八等分的扇形,如圖15。
4.每條扇頁支架的寬度留約0.5公分,使用美工刀將直徑3~11公分之間的珍珠板鏤空裁切成為扇葉。
5.將小齒輪以泡綿膠黏至步驟4裝置的中心,如圖16。
6.使用透明膠帶,將八片扇葉以相同夾角(45度)黏貼至扇葉支架上,如圖17。
7.將扇葉組套入風車主體的轉軸,置于轉動的電扇前,使風車扇葉能逆時針轉動,觀察LED燈是否發亮,并測量出最大電壓。
問題與討論
1、哪些變因會影響風力發電機發出的電壓大???
2、請設計實驗利用控制變因的科學方法,找出風力發電機產生最大電壓的扇葉結構 (例如扇葉與扇葉支架的夾角、扇葉數目…等)
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