Experiment für Facharbeit?
Hallo ich brauche dringende Hilfe,
In meiner Facharbeit möchte ich untersuchen ob/wie gut man Strom erzeugen kann, indem man die kinetische Energie die im Regen steckt über ein Wasserrad zur Stromerzeugung nutzt.
Mein eigentlicher Plan war, dass ich eine Auffangplatform baue, in welche das Wasser zu einem Strahl gebündelt wird und dann auf das Wasserrad geleitet wird.
(Dabei handelt es sich um ein kleines Wasserrad aus einem 3D Drucker)
Nun kann man den Strom nicht so einfach mit dem Generator messen, da man zwar Volt messen kann jedoch Ampere ja nur mit einem richtigen Stromkreislauf messen kann, in welchen man das Multimeter dann zwischen schließt.
Zudem ist die Amperezahl ja auch davon abhängig was betrieben wird und dadurch werden die Werte sehr spezifisch und man kann nur noch schlecht mit anderen Grünen Energieträgern (wie Solarenergie) vergleichen und erst Recht keinen sinnvollen Wirkungsgrad errechnen.
Eine alternative Idee wäre zu messen wie stark sich die Stromerzeugung bei verschiedenen Neigungswinkeln der Konstruktion (bzw theoretisch dann des Daches) unterscheidet.
Habt ihr noch irgendwelche Ideen für alternative Experimente oder Wege den Strom sinnvoll zu ermessen?
Danke im Vorraus für jegliche Antworten
3 Antworten
Den Strom zu messen sehe ich hier nicht als sinnvolle Lösung. Am besten misst du tatsächlich die Spannung und beschreibst dann in deiner Facharbeit was mit dieser Art von Spannung betrieben werden könnte und wie viel Strom und Leistung man erhalten kann.
Der Strom ergibt sich ja aus der Spannung und dem Widerstand des Gerätes/Betriebsmittel/etc. Mit diesem Strom und der Spannung wird letztendlich die Leistung berechnet.
Wie kann man das denn überprüfen?
Die meisten Angaben die ich finde sind wie viel Watt ein Gerät pro Stunde verbraucht.
Mit Volt finde ich nicht viel.
Den Begriff den du suchst ist „Betriebsspannung“, viele Geräte im Haushalt haben 230V AC als Betriebsspannung, das ist nämlich was in Deutschland die Steckdosenspannung ist.
Wie viel Energie im Regen steckt, das kann man leicht ausrechnen.
Ein Liter wiegt ziemlich genau 1kg.
Kennt man die Höhe der Wassersäule und die Menge an Wasser die man hat, dann kann man ausrechnen wie viel Energie im Wasser drin steckt.
Dann der Wirkungsgrad von Turbine und Generator dazu und Du hast den theoretischen Wert.
Wie viel Liter pro Fläche an Regen kann man dem Wetterbericht entnehmen. Die melden Millimeter. Pro Quadratmeter (1000mm²) hat man also einen Liter pro Millimeter Niederschlag.
Kennt man die Grundfläche des Hauses, kennt man also auch die Menge an Wasser die da drauf regnen. Die Schräge ist völlig egal
Und wenn Du das dann alles durchrechnest wirst Du merken warum man so gigantische Staudämme baut um einen nennenswerten Ertrag an Wasserkraft zu bekommen.
Das Problem ist, dass ich den Wirkungsgrad ja nicht habe.
Diesen wollte ich eigentlich mit dem erwähnten Experiment herausfinden, aber wie gesagt habe ich es nicht geschafft einen Ampere Wert zu ermitteln.
(Eventuell erreiche ich da mit Jaridiens Hilfe etwas)
Eigentlich würde ich auch einfach sagen, dass das Experiment egal ist und dass ich Werte aus dem Internet nehme, leider muss ich jedoch ein Experiment durchführen da es eine NW Arbeit ist.
Deswegen bin ich auch offen für alternative Experimente.
Eine Berechnung habe ich bereits mit optimistischen Werten durchgeführt, die war leider eher ernüchternd...
Aber hey sonst ist das eben das Ergebnis meiner Facharbeit, muss ja nicht immer was gutes rauskommen.
Den Wirkungsgrad wirst Du mit einem unbekannten Antrieb niemals herausfinden können.
Und der Wirkungsgrad ist auch niemals über 100%. Das bisschen Regenwasser liefert keine Nennenswerte Energie.
Das ganze Experiment wird Dir keine brauchbaren Daten liefern.
Eher interessant wäre es einen Prüfstand für Motoren und/oder Generatoren zu bauen.
Dazu nimmst Du einen Motor der auf einer Stange sitzt. EIne Seite Drehbar und an der anderen misst Du die Kraft mit der der Motor die Stange gegen einem festen Punkt drückt. Dazu kannst Du Dehnungsmesstreifen verwenden.
Über diese Kraft kannst Du dann das Drehmoment messen. Abgleichen kannst Du das mit einem Drehmomentschlüssel.
Misst Du gleichzeitig die Drehzahl des Motors, kennst Du die Leistung des Motors.
Also hast Du eine mechanische Kraftquelle bei der Du die Leistung messen kannst. Das kann man dann z.B. mit einem Arduino machen und direkt in Watt anzeigen lassen.
Machst Du da eine Bremse dran, kannst Du Diagramme zeichnen bei welchen Spannungen und Strömen der welche Leistungen abgeben kann.
Du kannst auch einen Generator dran ansschließen und messen wie viel elektrische Leistung bei welcher mechanischen Leistung bei heraus kommt.
Hier geht die Arbeit erst mal um den Prüfstand, also wie misst Du das Drehmoment und wie wandelst Du das mit Drehzahl in Watt um.
Hm okay also vielen Dank erstmal.
Ich denke, dass mir für die Durchführung dieses Experiments leider sowohl die Mittel als auch die Zeit fehlen.
Eventuell kann ich es trotzdem versuchen und danke nochmal für Ihre ausführliche Antwort.
Bei solche einer Konstruktion wird das Ergebnis in Leistung (Watt) angegeben. Diese wird ermittelt aus Spannung und Strom. Dazu wird ein Lastwiderstand an den Generator angehängt und dann der erzeugte Strom und die Spannung gemessen.
Die Dimensionierung der Last ist allerdings nicht ganz einfach. entscheidend ist hier der Generator, der aufgrund seiner Konstruktion (Drahtstärke, Anzahl der Wicklungen) nur einen bestimmten Maximalstrom liefern kann. Die Spannung ergibt sich aus der Drehzahl, die durch die Höhe und Stärke des Wasserstrahl beeinflusst wird.
Haben Sie denn Tipps wie man am besten die am besten geeignete Last herausfinden kann?
Da gibt es viele Variablen. Wieviel kinetische Energie ist vorhanden, welcher Generator, Verluste durch Umwandlung durch Reibung usw.
Im Grunde kann das dann nur mit Ausprobieren herausgefunden werden. Ist der Aufbau da, dann wird die erzeugte Spannung ohne Last, und der Strom im Kurzschlussbetrieb (bzw. kleinem Widerstand) gemessen. Damit hast du dann ein paar Grundwerte für die Dimensionierung der Last und welche Leistung damit erzeugt werden kann. Der ideale Arbeitspunkt müsste etwa bei der Hälfte der Leerlaufspannung sein.
Okay danke
Mal eine andere Frage.
Wenn ich einen Generator habe und dieser bei 300 Umdrehungen läuft und einen zweiten Generator der ebenfalls bei 300 Umdrehungen läuft aber einen höheren Widerstand hat, erzeugt der zweite dann mehr Strom?
Und wenn ja wie ist das Verhältnis?
Also zum Beispiel bei gleiche Drehzahl doppelt so viel Leistung bei doppelt so viel Widerstand?
Dazu finde ich entweder nur für mich eher nicht verständliche Formeln und gar nichts was sich darauf bezieht.
Das wäre eine Idee.
Ein Problem was mir dabei einfällt ist dass die Spannung tendenziell eher niedrig ausfällt und dass man mithilfe eines Wertes in Watt (den ich ja nicht habe) zum Beispiel auch messen könnte wie viel Strom man speichern und zum Beispiel zum Aufladen von Geräten nutzen könnte.
Oder verstehe ich da was falsch?