シカゴ科学産業博物館
風力タービンを作って発電し、エネルギー変換を探求します。
材料
- 塩ビパイプ3本。 長さ約30cm、15cm以上
- 塩ビ製T字ロック3個ジョイント
- PVCエルボジョイント1個
- モーター
- ワイヤー（約2フィートの長さ）
- ワイヤーカッター
- ハブ（キッズウインドプロジェクトから入手可能）
- マルチメーター
- ワニ口クリップ
- ハサミ
- テープ
- ドライヤーまたは扇風機
- 羽根の材料, バルサ材、アルミホイル、画用紙、アイスキャンデーの棒など。
木ダボ
作り方
- 15cmのPVCパイプをPVCのT字型ジョイントの真ん中の穴に差し込みます。 別の15cmの塩ビパイプとT字ジョイントで繰り返します。
- パイプの両端を、真ん中の穴を上にして、3つ目のT型ジョイントの側面に差し込み、2つのピースを結合します。
- 残りのPVCパイプを、上向きにしたT型ジョイントの穴に差し込み、パイプが直立するようにします。
- 最後のT字型ジョイントをタワーの自由端に置きます。
- モーターに2本のワイヤーを取り付けます。 モーターをタワーの上部にあるジョイントにしっかりと入れます。 ワイヤーをタワーのパイプに通し、ベースのT字型ジョイントの1つから出します。
- ハブと呼ばれるプラスチック製の丸い部品を、モーターの外側にあるまっすぐな金属製の部品に取り付けます。
- ワニ口クリップを使用して、ワイヤーをマルチメーターに接続します。 マルチメーターを20ボルトにセットします。
- ハブの穴に、小さな木のダボを数本入れます。 ドライヤーや扇風機で風を起こします。 マルチメータで発電量を確認します。
- さまざまな材料を使って、風力タービンのさまざまなブレードを設計します。 重さ、表面の滑らかさ、必要なブレードの枚数などを考慮します。 ブレードをテープでダボに取り付けます。
- 再びヘアドライヤーまたは扇風機をつけ、設計したブレードの種類ごとにタービンをテストします。 電気出力はどのように違うのでしょうか？ 風速を変え、低速、中速、高速でテストします。 風速は電気エネルギー出力に影響しますか。
何が起こっていますか。
動いている風の運動力学的エネルギーが風車の羽根を回転させると、風車内の発電機も回転させられます。
エネルギーは生成も破壊もされないので、入力されるエネルギーが大きければ大きいほど、出力されるエネルギーも大きくなります。
背景情報
風は、太陽による地球表面の不均一な加熱によって生じる気圧の差によって発生します。 太陽からの放射によって陸地は熱エネルギーを得ます。 陸地の上の空気も熱エネルギーを得て膨張し、密度が低くなって上昇します。
この動きによって地表に低気圧の領域ができ、真空になって空気が引き込まれます。 より冷たく、より密度の高い空気が地表の低圧領域に向かって流れ、上昇し加熱された空気が残した空間を埋める。 これにより対流が発生し、熱エネルギーが空気や風という運動力学的エネルギーに変換される。 タービンは、動く流体（この場合は空気）の運動エネルギーを取り込んで回転運動に変換する。 風が風力発電機の羽根を通り過ぎると、羽根が動いたり回転したりします。 このブレードが発電機を回すのです。 発電機は、電気モーターと逆の働きをします。電気エネルギーを加えて回転させ、機械エネルギーを作り出す代わりに、機械エネルギーを使って回転させ、電気エネルギーを作り出します。 発電機は、磁石に巻いたワイヤーを回転させて電流を発生させます
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