Rüzgar Enerjisi ile Çalışma

Malzemeler

• Saç kurutma makinesi veya küçük fan
• Kronometre veya zamanlayıcı

İşlem

Bir saç kurutma makinesi veya fanı (orta hıza ayarlanmış) türbin kanadından en az 3 fit uzakta tutun. Ağırlığın (çay poşeti) 6 inç kaldırılmasının ne kadar sürdüğünü ölçmek için bir zamanlayıcı kullanın. Amaç, çay poşetini 1 dakika veya daha kısa sürede kaldırmaktır. Her takımın zamanını belgeleyin.

Rüzgar Türbini: Nasıl çalışır

Kaynak: Mühendislik Öğrenimi YouTube Kanalı

Bölgenizdeki Rüzgar Kaynakları?

• Bölgenizde rüzgar çiftlikleri var mı? Kaç?
• Toplam işletme rüzgar kapasitesi nedir?
• Bölgeniz dünya listesinde nerede?
• Küresel Rüzgar Günü'nü nasıl kutlayabilirsiniz?
• Cevapları bulmanıza yardımcı olması için aşağıdaki sitelere göz atın:
  • Rüzgar Gücü (thewindpower.net)
  • Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (www.nrel.gov/wind)
  • Rüzgar Avrupa (https://windeurope.org)
  • Danimarka Rüzgar Endüstrisi Derneği (www.windpower.org)
  • Küresel Rüzgar Enerjisi Konseyi (www.gwec.net)

Küresel Rüzgar Günü (www.globalwindday.org)

Tasarım Yarışması

Etkili bir yel değirmeni tasarlama ve inşa etme konusunda zorlanan bir mühendis ekibisiniz. Kriterleri karşılayan ve en ucuz olan tasarım en verimli olacaktır.

Kriterler

• Verilen ağırlığı saracak bir rotor şaftı olmalıdır (çay poşeti)
• Bağımsız olmalı (insan etkileşimi yok)
• Ağırlık (çay poşeti) 6 dakika veya daha kısa sürede 1 inç kaldırılacak
• Türbinden minimum 3 fit uzakta ve orta hızda fön makinesi veya küçük fan
• 5.00 dolarlık bütçenizi aşmayın

Kısıtlamalar

• Maksimum ağırlık kurma süresi 1 dakikadır
• Malzemelerinizi satın almalısınız - malzemeleri takas edebilir ve iade edebilirsiniz

1. Sınıfı 2-4 kişilik takımlara ayırın.
2. Kendi Rüzgar Türbininizi Tasarlayın çalışma sayfasının yanı sıra tasarımların eskizlerini çizmek için bazı kağıt yapraklarını dağıtın.
3. Arka Plan Kavramları Bölümündeki konuları tartışın.
4. Mühendislik Tasarım Sürecini, Tasarım Zorluğunu, Kriterleri, Kısıtlamaları ve Malzemeleri gözden geçirin. Zaman izin veriyorsa, tasarım meydan okumasını gerçekleştirmeden önce "Gerçek Dünya Uygulamaları" nı inceleyin.
5. Öğrencilere beyin fırtınası yapmaya ve tasarımlarını çizmeye başlamalarını söylemeden önce, onlardan aşağıdakileri göz önünde bulundurmalarını isteyin:
   ● Bıçak sayısı
   ● Bıçakların şekli
   ● Bıçakların gücü
   ● Yel değirmeninin bulunduğu yön: dikey veya yatay olabilir
   ● Verimlilik ve tüm paranızı harcamama
6. Her takıma malzemelerini sağlayın.
7. Öğrencilerin günlük eşyalardan bir rüzgar türbini geliştirmeleri gerektiğini açıklayın. Türbin, etrafında verilen ağırlığı (çay poşeti) saracak bir rotor şaftına sahip olmalı ve bağımsız olmalıdır (insan etkileşimi olmamalıdır).
8. Tasarlamaları ve inşa etmeleri gereken süreyi duyurun (1 saat önerilir).
9. Zamanında kalmanızı sağlamak için bir zamanlayıcı veya çevrimiçi bir kronometre (geri sayım özelliği) kullanın. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Öğrencilere, görevde kalmaları için düzenli "zaman kontrolleri" verin. Mücadele ediyorlarsa, onları daha hızlı çözüme götürecek sorular sorun.
10. Öğrenciler rüzgar türbini için buluşur ve bir plan geliştirir. İhtiyaç duyacakları malzemeler üzerinde anlaşırlar, planlarını yazarlar / çizerler ve planlarını sınıfa sunarlar. Takımlar, ideal parça listelerini geliştirmek için diğer takımlarla sınırsız malzeme ticareti yapabilir.
11. Takımlar tasarımlarını oluşturur.
12. Bir saç kurutma makinesi veya fanı (orta hıza ayarlanmış) türbin kanadından en az 3 fit uzakta tutarak rüzgar türbini tasarımlarını test edin. Ağırlığın (çay poşeti) 6 inç kaldırılmasının ne kadar sürdüğünü ölçmek için bir zamanlayıcı kullanın. Amaç, çay poşetini 1 dakika veya daha kısa sürede kaldırmaktır.
13. Takımlar, türbinlerinin çay poşetini kaldırması için geçen süreyi belgelemelidir.
14. Sınıf olarak, öğrenci yansıtma sorularını tartışın.
15. Konuyla ilgili daha fazla içerik için, "Gerçek Dünya Uygulamaları" ve "Daha Derin Kazma" bölümlerine bakın.

Tasarım Bütçesi

Takımlar malzemelerini satın almalıdır. Her takım 5.00 $ harcıyor.

Bıçak Şekli ve Fırıldak Gövdesi

• El işi çubukları: 25 dolar
• Bükülebilir tel 25 $
• Ahşap dübeller / çubuklar 25 $
• Cardboard Stip 10 $
• Kürdan 10 $

Bıçak için kapak

• Alüminyum folyo Levha 25 $
• Plastik levhalar 25 $

konektörler

• Dize $ 10
• Ataç $ 05
• Lastik bantlar 05 $
• Bağlayıcı klips $ .05
• Kağıt bağlantı elemanları 05 $
• Clothespins 05 $

Takımların malzemeleri biterse diğer takımlarla ticaret yapabileceklerini unutmayın. Takımlar ayrıca kullanılmayan malzemeleri iade edebilir ve değiştirebilirler.

İsteğe bağlı: Verimliliği Hesapla

Tasarımın verimliliği maliyetten daha fazlasına bağlı olacaktır.

• Malzemelerin maliyeti
• Hız (dakika başına dönüş)
• Güç (rüzgar ağırlığına kadar geçen süre)
• Verimlilik Ölçüsü = (Malzemelerin Maliyeti) /
  (ağırlığı kaldırma süresi [sn])

Mühendisler, enerjiyi en verimli şekilde üretmek için en uygun şekli, ağırlığı ve malzemeleri belirlemek için yıllarca bu alanda çalışacaklar!

Öğrenci Yansıması (mühendislik defteri)

1. Bir nesneyi kaldırabilecek bir dakika boyunca çalışan bir yel değirmeni yaratmayı başardınız mı? Değilse, neden başarısız oldu?
2. İnşaat aşamasında orijinal tasarımınızı gözden geçirmeye veya ek malzeme talep etmeye karar verdiniz mi? Neden?
3. Diğer takımlarla herhangi bir malzeme ticareti görüştünüz mü? Bu süreç sizin için nasıl işledi?
4. Sağlananlardan farklı materyallere erişiminiz olsaydı, ekibiniz ne isterdi? Neden?
5. Mühendislerin sistemlerin veya ürünlerin yapımı sırasında orijinal planlarını uyarlamaları gerektiğini düşünüyor musunuz? Neden yapabilirler?
6. Her şeyi baştan yapmak zorunda olsaydınız, planladığınız tasarım nasıl değişirdi? Neden?
7. En “verimli” tasarım (en düşük maliyet veya bütçeye sahip olan) sizinkinden nasıl farklıydı?
8. Yalnız çalışsaydın bu projeyi daha kolay tamamlayabilir miydin? Açıklamak…
9. Bir rüzgar türbininin güvenilir bir enerji kaynağı olarak ne gibi sakıncaları vardır? Bu dezavantajları telafi edebilecek hangi teknolojiler var?
10. Yel değirmeninin yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak ne gibi avantajları var?

Ders, daha büyük öğrenciler için 1 ders dönemi kadar kısa bir sürede yapılabilir. Bununla birlikte, öğrencilerin acele hissetmelerine yardımcı olmak ve öğrenci başarısını sağlamak için (özellikle daha genç öğrenciler için) dersi iki döneme ayırın, öğrencilere beyin fırtınası yapmaları, fikirleri test etmeleri ve tasarımlarını tamamlamaları için daha fazla zaman verin. Bir sonraki sınıf döneminde testi ve sorgulamayı gerçekleştirin.

• Mühendisler: Dünyanın mucitleri ve problem çözücüleri. Mühendislikte yirmi beş ana uzmanlık tanınmıştır (infografiğe bakınız).
• Mühendislik Zihin Alışkanlıkları (EHM): Mühendislerin düşündüğü altı benzersiz yol.
• Mühendislik Tasarım Süreci: Süreç mühendisleri sorunları çözmek için kullanırlar.
• Kriterler: Tasarımın genel boyutu gibi karşılaması gereken koşullar.
• Kısıtlamalar: Malzeme, zaman, takım boyutu vb. İle ilgili kısıtlamalar.
• Prototip: Çözümünüzün test edilecek bir çalışma modeli.
• tekrarlama: Test etme ve yeniden tasarlama tek bir yinelemedir. Tekrarlayın (birden çok yineleme).
• Rüzgar Enerjisi: Rüzgar enerjisi veya rüzgar enerjisi, elektrik jeneratörlerini döndürmek ve geleneksel olarak öğütme veya pompalama gibi diğer işleri yapmak için rüzgar türbinleri aracılığıyla mekanik güç sağlamak için rüzgarın kullanılmasıdır.
• Rüzgar türbini: Rüzgar enerjisi dönüştürücüdür - rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır.
• Aerodinamik Verimlilik: Verimli uçuş parametreleri için aerodinamik kuvvetler oluşturmak için bir tasarımı değerlendiren bir ölçü.
• Uç hızı oranı: Bir kanadın ucunun teğetsel hızı ile rüzgarın gerçek hızı arasındaki orandır.
• Yenilenebilir enerji: Rüzgar enerjisi veya enerjisi, rüzgar türbinleri aracılığıyla elektrik jeneratörlerini döndürmek ve öğütme veya pompalama gibi diğer işleri yapmak için mekanik güç sağlamak için rüzgarın kullanılmasıdır.

İnternet Bağlantıları

• Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı - Rüzgar Araştırması
• Rüzgar Avrupa
• Danimarka Rüzgar Endüstrisi Derneği
• Küresel Rüzgar Enerjisi Konseyi
• Küresel Rüzgar Günü

Önerilen Kaynaklar

• Rüzgar Gücü: Ev, Çiftlik ve İş için Yenilenebilir Enerji (ISBN: 1931498148)
• Rüzgar Enerjisinin Temelleri: Küçük ve Mikro Rüzgar Sistemleri İçin Bir Kılavuz (ISBN: 1890132071)
• Ev Sahiplerinin Yenilenebilir Enerji Rehberi (ISBN: 086571536X)

Yazma aktivitesi

Bir rüzgar çiftliğinin - yerel bölgeye enerji sağlasa bile - memleketinizin merkezine koymanın iyi bir fikir olup olmayacağı hakkında bir makale yazın. Peki ya Londra'daki Thames Nehri'nde veya bir tatil beldesinin hemen dışında?

Müfredat Çerçevelerine Uyum

Not: Bu serideki ders planları, aşağıdaki standartlardan bir veya daha fazlasıyla uyumludur:  

• ABD Bilim Eğitimi Standartları (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• ABD Yeni Nesil Bilim Standartları (http://www.nextgenscience.org/) 
• Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği'nin Teknolojik Okuryazarlık Standartları (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• ABD Ulusal Matematik Öğretmenleri Konseyi'nin Okul Matematiği İlkeleri ve Standartları (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Matematik için ABD Ortak Çekirdek Eyalet Standartları (http://www.corestandards.org/Math)
• Bilgisayar Bilimleri Öğretmenleri Derneği K-12 Bilgisayar Bilimleri Standartları (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları K-4 Sınıfları (4-9 yaş)

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler 

İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler bir anlayış geliştirmelidir.

• Nesnelerin konumu ve hareketi 

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji 

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Teknolojik tasarım yetenekleri 

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Yerel zorluklarda bilim ve teknoloji 

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bir insan çabası olarak bilim 

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 5-8. Sınıflar (10-14 yaş)

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler 

İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler

Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler bir anlayış geliştirmelidir.

• Hareketler ve kuvvetler 
• Enerji transferi 

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji
5-8. Sınıflardaki aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir.

• Teknolojik tasarım yetenekleri 

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Toplumda bilim ve teknoloji 

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 yaş)

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel araştırma yapmak için gerekli yetenekler 

İÇERİK STANDART B: Fiziksel Bilimler 

Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Hareketler ve kuvvetler 
• Enerji ve maddenin etkileşimleri 

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Teknolojik tasarım yetenekleri 

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Doğal Kaynaklar 
• Yerel, ulusal ve küresel zorluklarda bilim ve teknoloji 

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Tarihsel bakış açıları 

Yeni Nesil Bilim Standartları 3-5. Sınıflar (8-11 Yaş)

Hareket ve Kararlılık: Kuvvetler ve Etkileşimler

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• 3-PS2-1. Dengeli ve dengesiz kuvvetlerin bir nesnenin hareketi üzerindeki etkilerine dair kanıt sağlamak için bir araştırma planlayın ve yürütün. 

Enerji

• 4-PS3-1. Bir nesnenin hızı ile o nesnenin enerjisini ilişkilendiren bir açıklama oluşturmak için kanıt kullanın.
• 4-PS3-4. Enerjiyi bir formdan diğerine dönüştüren bir cihazı tasarlamak, test etmek ve iyileştirmek için bilimsel fikirler uygulayın.

Dünya ve İnsan Aktivitesi

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• 4-ESS3-1. Enerji ve yakıtların doğal kaynaklardan elde edildiğini ve kullanımlarının çevreyi etkilediğini açıklamak için bilgi edinin ve birleştirin.

Mühendislik tasarımı 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• 3-5-ETS1-1. Başarı için belirlenmiş kriterler ve malzemeler, zaman veya maliyet üzerindeki kısıtlamaları içeren bir ihtiyacı veya isteği yansıtan basit bir tasarım problemi tanımlayın.
• 3-5-ETS1-2. Sorunun kriterlerini ve kısıtlamalarını her birinin ne kadar iyi karşılayacağına bağlı olarak bir soruna birden çok olası çözüm üretin ve karşılaştırın.
• 3-5-ETS1-3. Bir modelin veya prototipin iyileştirilebilecek yönlerini belirlemek için değişkenlerin kontrol edildiği ve başarısızlık noktalarının dikkate alındığı adil testler planlayın ve uygulayın.

Yeni Nesil Bilim Standartları 6-8. Sınıflar (11-14 Yaş)

Enerji

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• MS-PS3-5. Bir nesnenin kinetik enerjisi değiştiğinde, enerjinin nesneye veya nesneden aktarıldığı iddiasını desteklemek için argümanlar oluşturun, kullanın ve sunun.

Mühendislik tasarımı 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• MS-ETS1-1 İlgili bilimsel ilkeleri ve olası çözümleri sınırlayabilecek insanlar ve doğal çevre üzerindeki potansiyel etkileri dikkate alarak, başarılı bir çözüm sağlamak için bir tasarım probleminin kriterlerini ve kısıtlamalarını yeterli hassasiyetle tanımlayın.
• MS-ETS1-2, problemin kriterlerini ve kısıtlamalarını ne kadar iyi karşıladıklarını belirlemek için sistematik bir süreç kullanarak rakip tasarım çözümlerini değerlendirin.

Yeni Nesil Bilim Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 Yaş)

Enerji

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• HS-PS3-3. Bir enerji biçimini başka bir enerji biçimine dönüştürmek için belirli kısıtlamalar dahilinde çalışan bir cihaz tasarlayın, oluşturun ve geliştirin.

Mühendislik tasarımı 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• HS-ETS1-2. Karmaşık bir gerçek dünya sorununa, mühendislik yoluyla çözülebilecek daha küçük, daha yönetilebilir sorunlara bölerek bir çözüm tasarlayın.

Teknolojik Okuryazarlık Standartları - Tüm Yaşlar

Teknolojinin Doğası

• Standart 2: Öğrenciler teknolojinin temel kavramları hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.
• Standart 3: Öğrenciler, teknolojiler arasındaki ilişkiler ve teknoloji ile diğer çalışma alanları arasındaki bağlantılar hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.

Teknoloji ve Toplum

• Standart 4: Öğrenciler teknolojinin kültürel, sosyal, ekonomik ve politik etkilerine ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
• Standart 5: Öğrenciler teknolojinin çevre üzerindeki etkilerine ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.

Dizayn

• Standart 9: Öğrenciler bir mühendislik tasarımı anlayışı geliştireceklerdir.
• Standart 10: Öğrenciler sorun giderme, araştırma ve geliştirme, icat ve yenilik ve problem çözmede deney yapmanın rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.

Teknolojik Okuryazarlık Standartları - Tüm Yaşlar

Teknolojik Bir Dünya İçin Yetenekler

• Standart 11: Öğrenciler tasarım sürecini uygulama becerilerini geliştireceklerdir.
• Standart 13: Öğrenciler, ürünlerin ve sistemlerin etkisini değerlendirme becerilerini geliştireceklerdir.

Tasarlanmış Dünya

• Standart 16: Öğrenciler enerji ve güç teknolojileri hakkında bir anlayış geliştirecek ve bunları seçebilecek ve kullanabilecektir.
• Standart 20: Öğrenciler, inşaat teknolojileri hakkında bir anlayış geliştirecek ve bunları seçebilecek ve kullanabilecektir.

• Svahili