Baue eine Windturbine, um Strom zu erzeugen und die Energieumwandlung zu erforschen.

Materialien

• Drei PVC-Rohre, eines etwa 30 cm lang und die anderen mindestens 15 cm lang
• Drei PVC T-Gelenke
• Ein PVC-Krümmergelenk
• Motor
• Draht (etwa einen Meter lang)
• Drahtschneider
• Nabe (erhältlich bei Kid Wind Project)
• Holzdübel
• Multimeter
• Alligatorenklemmen
• Schere
• Klebeband
• Haartrockner oder Ventilator
• Materialien für Flügel, wie Balsaholz, Alufolie, Bastelpapier, Eiszapfen usw.

Anleitung

1. Ein 15-cm-PVC-Rohr in das mittlere Loch einer PVC-T-Verbindung einführen. Wiederhole den Vorgang mit einem weiteren 15-cm-PVC-Rohr und einem T-Stoß.
2. Verbinde die beiden Teile miteinander, indem du die freien Enden der Rohre in die Seiten einer dritten T-Verbindung steckst, wobei das mittlere Loch nach oben zeigt.
3. Stecke das verbleibende PVC-Rohr in das Loch der T-Verbindung, das nach oben zeigt, so dass das Rohr aufrecht steht.
4. Das letzte T-Stück auf das freie Ende des Turms setzen.
5. Zwei Drähte am Motor anbringen. Setzen Sie den Motor sicher in das Gelenk an der Spitze des Turms ein. Führen Sie die Drähte das Turmrohr hinunter und aus einer der T-Verbindungen an der Basis heraus. Falls nötig, verwende Klebeband, um den Motor sicher zu befestigen.
6. Verbinde das runde Kunststoffteil, das als Nabe bezeichnet wird, mit dem geraden Metallteil an der Außenseite des Motors.
7. Schließe die Drähte mit den Krokodilklemmen an das Multimeter an. Stelle das Multimeter auf 20 Volt ein.
8. Stecke ein paar kleine Holzdübel in die Löcher der Nabe. Erzeuge mit einem Haartrockner oder einem Ventilator Wind. Überprüfe mit dem Multimeter, wie viel Energie erzeugt wird.
9. Baue aus verschiedenen Materialien verschiedene Flügel für das Windrad. Berücksichtige dabei das Gewicht, die Glätte der Oberfläche und die Anzahl der benötigten Flügel. Befestige die Flügel mit Klebeband an den Dübeln.
10. Schalte den Fön oder das Gebläse wieder ein und teste die Turbine mit jeder Art von Flügel, die du entworfen hast. Wie unterscheidet sich die elektrische Leistung? Teste die Turbine mit verschiedenen Windgeschwindigkeiten, z. B. mit niedrigen, mittleren und hohen Ventilatoreinstellungen. Beeinflusst die Windgeschwindigkeit die elektrische Leistung?

Was passiert?

Wenn die kinetische mechanische Energie des Windes die Blätter der Windturbine dreht, wird auch ein Generator in der Turbine in Drehung versetzt. Dadurch dreht sich ein gewickelter Draht um einen Magneten und erzeugt einen elektrischen Strom, den wir mit einem Multimeter messen.

Da Energie weder erzeugt noch zerstört wird, gilt: Je mehr Energie zugeführt wird, desto mehr Energie wird abgegeben. Je mehr mechanische Energie man also einsetzt – je schneller sich die Schaufeln drehen – desto mehr elektrische Energie wird von der Turbine erzeugt.

Hintergrundinformationen

Wind wird durch Druckunterschiede verursacht, die durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne entstehen. Durch die Sonneneinstrahlung gewinnt das Land an Wärmeenergie. Die Luft über dem Land gewinnt ebenfalls an Wärmeenergie und dehnt sich aus, wodurch sie an Dichte verliert und aufsteigt.

Durch diese Bewegung entsteht an der Oberfläche ein Unterdruck, der Luft ansaugt. Kältere, dichtere Luft strömt in Richtung des Unterdruckgebiets an der Oberfläche und füllt den Raum aus, den die aufgestiegene, erwärmte Luft hinterlassen hat. Dadurch entsteht eine Konvektionsströmung, und die thermische Energie wird in kinetische mechanische Energie in Form von bewegter Luft oder Wind umgewandelt.

Eine Windturbine wandelt die mechanische Energie des Windes in elektrische Energie um. Eine Turbine nimmt die kinetische Energie einer sich bewegenden Flüssigkeit, in diesem Fall Luft, auf und wandelt sie in eine Drehbewegung um. Wenn sich der Wind an den Flügeln einer Windturbine vorbeibewegt, werden die Flügel bewegt oder gedreht. Diese Flügel treiben einen Generator an. Ein Generator funktioniert wie die Umkehrung eines Elektromotors: Anstatt elektrische Energie zu verwenden, um ihn zu drehen und mechanische Energie zu erzeugen, verwendet er mechanische Energie, um sich zu drehen und elektrische Energie zu erzeugen. Generatoren drehen gewickelte Drähte um Magnete, um einen elektrischen Strom zu erzeugen.