Slnečné horáky
Ako pozbierať slnečné lúče a použiť ich na varenie Teraz, keď poznáme technické záležitosti, vieme priviesť teplo zo slnka do vody. No hoci vieme ohriať pomerne veľké množstvo vody, nevieme ju priviesť až do bodu varu. Vyššie teploty vieme dosiahnuť len vtedy, keď pozbierame energiu zo zdroja tepla pre veľkú oblasť a nazhromaždíme ju na pomerne malej ploche. Môžeme to dokázať šošovkou alebo zakriveným zrkadlom. V tejto kapitole vykonáme niekoľko pokusov, aby sme sústredili slnečné teplo a postavíme si solárnu rúru.
15. január: Daniel skúša práčku. Model pozostáva z rámu s kľučkou, hadice a mnohých článkov. V strede sa nachádza sklenený pohár s mydlovou vodou, ktorá sa vylieva na špinavé miesta oblečenia. Tento model práčky je poháňaný manuálne. Model v plnej veľkosti bude neskôr poháňaný vetrom. Ann mu vyrobila mastné mydlo vyrobené zo zvieracieho tuku a nálev zo spáleného dreveného popola.
28. január: Leon má rád prúdiace veci. Naposledy pracoval s ílom. Vytvoril si malý bazén a na ňom priehrady. Potom nechal priehradu pretiecť pomocou vĺn a nechal vodu tiecť znova. Situáciu skúma a zapisuje si poznámky. Medzitým sa na neho Ann smeje ako matka na svoje dieťa. Leon z toho zúri, pretože sa nemôže sústrediť. Ale poznáte to, veľkí vynálezcovia sú ako deti. Poznáte niekoho ako Leon?
11. február: Slnko sa prebúdza zo svojho zimného spánku. Na poludnie je na oblohe už vyššie a večer svieti dlhšie. Voda v nádobe pre teplú vodu je stále teplejšia. Je čas postaviť si solárnu rúru. Medzitým Leon vypočítal zakrivenie parabolického zrkadla a zakreslil tvar zrkadlových prvkov. Stephanie vykrojila stojan na rúru z preglejky a tiež rebrá, na ktorých bude namontovaný zrkadlový obal. Na tento účel sme si z pevniny priniesli rolku reflexnej fólie a tenkej preglejky.
Ohnisková vzdialenosť lupy
Aby ste mohli sústrediť tepelné žiarenie pomocou lupy (diel 27), musíme najprv určiť jej ohniskovú vzdialenosť. Je to vzdialenosť lupy, pri ktorej sú dopadajúce lúče najviac koncentrované a sústredené. Pre tento pokus potrebujete kus dreva, lupu a pravítko. Umiestnite kus dreva oproti slnku a medzi ne dajte lupu. Začnite asi vo vzdialenosti 0.5 m od dreva. Potom sa približujte k drevu až po jeho samý okraj. Uvidíte, ako sa na ňom vytvára svetlý kruh, ktorý sa stáva stále jasnejší a menší a potom väčší a tmavší. To je obraz slnka. Ak zmeriate vzdialenosť lupy od dreva v čase, kedy je tento obraz najjasnejší a najmenší, potom máte stanovenú „ohniskovú vzdialenosť“ vašej lupy. Bod s najjasnejším a najviac zaostreným obrazom slnka je „ohniskový bod“.
Určovanie ohniskového bodu.
Lom svetla v šošovke
Šošovky sú okrúhle a zahnuté refraktory svetla. Konvexné šošovky sú vypuklé a lámu paralelne prichádzajúce lúče smerom k bodu, k ohnisku. Konkávne šošovky sú zakrivené dovnútra a šíria svetlo von. Lupa je konvexná šošovka. Zhromažďuje lúče a zameriava ich na jeden bod.
Kontrola ohniskového bodu pomocou teplomeru
Teraz si ukážeme, že svetelné a tepelné lúče slnka sú zviazané dohromady. Budeme na to potrebovať drevený stojan pre solárnu rúru (návod na montáž je na str. 26), lupu, teplomer a lepiacu pásku.
Pripojte teplomer pomocou lepiacej pásky na zadnú časť stojana. Otočte ho k slnku a zmerajte teplotu. Teraz otáčajte pomaly lupou až kým nedostanete slnečný lúč smerujúci na špičku teplomera. V krátkych intervaloch odčítajte teplotu. Červená čiara sa predlžuje: teplota teda stúpa. Pozor! Predtým než čiara prekročí svoju hranicu, tak lupu odstráňte. Inak teplomer poškodíte. Toto by vás malo presvedčiť, že teplota naozaj stúpa. Takto sa teplo sústredí pomocou lupy.
Ako sa svetlo odráža?
Keď svetelné lúče prenikajú z jedného objektu na druhý, na hranici sa lomia. Chceli by ste to vidieť? Budete si musieť pripraviť:
1 pohár vody, nie je v sade
Teplomer, diel 38
Pohár naplňte vodou a vložte do neho teplomer pod uhlom a pozrite sa z boku na ohyb teplomera. Ide len o optický jav – voda láme svetlo pod iným uhlom ako vzduch, takže teplomer vyzerá byť vo vode ohnutý pod iným uhlom.
Konvexné šošovky zbierajú svetlo
Konkávne šošovky svetlo šíria
Lupa s rúrou v akcii
Nechajte na lupu na chvíľu svietiť slnko tak, aby sa slnečné lúče sústredili na drevený stojan pre rúru. V závislosti od polohy slnka a vonkajšej teploty to robte 10 sekúnd až minútu. Čo sa stane? Drevo zhnedne a následne začne horieť. Toto je určite ohniskový bod. Tu prácu ukončite, pretože stojan budeme ešte potrebovať!
Para z náprstku
V našom slnečnom kolektore svieti slnko rovnomerne na pomerne veľkú plochu vody. Na zvýšenie teploty vody z 50 na 60°C potrebujeme tak hodinu žiarenia, no nikdy vodu neprivedieme do bodu varu. Ak si prajeme ohrievať vodu na domáce použitie z 30 na 60°C, potom sú vhodné slnečné kolektory. Ak však potrebujeme generovať pomocou slnečnej energie vyššie teploty na určité účely, musíme zachytiť energiu z väčšej plochy a sústrediť ju na ploche menšej. Uskutočníme dva pokusy, pri ktorých budete potrebovať: náprstok (nie je súčasťou balenia), teplomer, papier, ceruzku a lupu.
Naplňte náprstok studenou vodou z vodovodu, odmerajte teplotu a položte náprstok aj s teplomer vo vnútri na slnko a to na miesto, kde nefúka vietor. Skontrolujte si hodinky a odmerajte teplotu znova po hodine. Zistite o koľko stupňov stúpla teplota.
Teraz pokus opakujte, ale použite lupu v ohniskovej vzdialenosti od hladiny vody. Po krátkom čase sa objavia bublinky a voda začne vrieť. Keďže lupa má väčší priemer ako náprstok, ktorý sústredí teplo do jedného bodu, pozbiera viac tepla ako náprstok samotný.
Ak by ste chceli priviesť väčšie množstvo vody alebo iné substancie k vyšším teplotám pomocou lupy a slnka, museli by ste použiť veľmi veľké šošovky. Tie sú ale ťažké a drahé. Zakrivené zrkadlá sú ale menšie i lacnejšie. A tiež dokážu sústrediť teplo zo slnka. Žiarenie neprepúšťajú, ale odrážajú ho. Tieto typy konkávnych zrkadiel sa používajú pre solárne rúry a variče. Ukážeme vám, ako si jeden taký sami zaobstaráte.
Varenie vody v náprstku pomocou lupy.
17. február: Hladina vody v našej studni poklesla. Naša spotreba je privysoká. Jednoducho nemôžeme len tak vodu zo sprchy nechať odtiecť do odtoku. Musíme sa vzdať kúpania vo vani a nájsť spôsob, ako znovu použiť odpadové vody.
Benny prispájkoval malú zbernú nádobu, do ktorej tečú odpadové vody. Odtiaľ túto vodu naberieme do vedra a používame na splachovanie toalety. Iste to nie je to, na čo sme zvyknutí z našich domovov, ale Michael hovorí, že keď si budeme vyrábať vlastnú elektrinu, tak čerpadlo bude túto vodu tlačiť do splachovacej nádrže toalety. Ďalšie čerpadlo bude privádzať vodu zo studne do zásobníka.
25. február: Poryv vetra sa prehnal nad solárnou rúrou a takisto pohol kanvicou. Teraz ich máme už zviazané. Podarilo sa nám získať len jeden liter prevarenej vody za polhodiny. Vzduch je vonku ešte stále chladný a fúka vietor. Voda sa varí iným spôsobom, ako je to kachliach alebo plynovom variči. Vrie zo všetkých strán a ticho bzučí. Hrnce sú už čierne od sadzí.
6. marec: Leon rád rozpráva. Ale dnes na poludnie čistil zemiaky bez jediného slova. Rád filozofuje o jednoduchosti života, ale trápi ho, že jednoduchosť si vyžaduje tak veľa práce. A tiež ho trápi, že sa musí zaobísť bez toľkých bežných vecí. Musíme ho povzbudiť. „Čoskoro budeme zabezpečení,“ upokojuje ho Michael. „Chceš povedať, že všetko pôjde ľahšie, keď si budeme vyrábať svoju vlastnú elektrinu,“ dodal Benny. „Jasné, onedlho už budeš mať svoj kúpeľ, po ktorom tak túžiš, a užívať si kúpanie v jemnej dažďovej vode. Bude to skoro presne také, ako doma v meste. No zatiaľ je nebo stále zamračené, aby sme si mohli užiť mesiac a hviezdy,“ hovorí Michael. Leon sa zrazu cítil lepšie. „A aký by to bol život s plne automatickým čističom zemiakov?“ opýtal sa. Ann potom improvizovane zaspievala a na gitare zahrala pesničku o čističi zemiakov a Daniel sa pridal do tempa na svojej práčko- sprche. Hudba nás a hlavne Leona nadobro zbavila zlej nálady.
Solárna rúra
Pripravte si nasledujúce položky:
Drevený trám, podstavec a krížové kusy (diely 1, 2 a 3)
Predrezané kartóny 3 a 4
4 predrezané listy so 4 striebornými reflexnými kusmi (diel 49)
1 dierkovaný kovový pásik, diel 8
4 kovové skrutky, diel 29
4 podložky, diel 29
2 pružinky, diel 29
Lepidlo na drevo, diel 17
Ak by ste náhodou mali lepiacu pištoľ, môžete ju použiť pre zostavenie vašej solárnej rúry. Požiadajte dospelú osobu o pomoc. Na zostrojenie tejto solárnej rúry budete potrebovať niečo viac ako hodinku, ale stojí to za to.
Vo vašej sade nájdete 16 ks postriebrených kartónov (časť 49). Sú to časti zrkadla rúry, dohromady vytvoria parabolické zrkadlo v tvare misky. Začnite dvomi prúžkami spojte ich tak, ako je ukázané na obrázku. Následne na ne pridajte ďalší. Dobre ich stlačte dohromady. Individuálne časti môžete upevniť lepiacou páskou, takže sa počas zostrojenia nerozpadnú. Keď je reflexný kužeľ dokončený, položte ho na stôl s veľkým otvorom nadol.
Teraz náš reflektor potrebuje i zadnú časť. Tá je vo vašej výbave (na kartóne č. 3). Jedine, čo musíte urobiť, je ich zlepiť dohromady, ako vidíte na obrázku č. 4.
Následne zostavte puzdro obdĺžnikového rámu. Tento kus sa použije na upevnenie kužeľa k drevenej základni rúry. Puzdro zostavte podľa obrázka č. 5.
Teraz prilepte zadnú časť rúry k reflexnému kužeľu. Nalejte pár kvapiek lepidla na krídelká na zadnej strane rúry a prilepte ich k reflexnému kužeľu, takže krídelká sú v jednej línii s čiarami na kuželi. Takto vieme, že sa nachádza presne v strede. Zatlačte zadnú časť na kužeľ pevne a umiestnite zostavu tak, že sú jednotlivé časti počas schnutia lepidla k sebe zatlačené.
Teraz máte zostavu reflexného kužeľa hotovú. Je čas presunúť sa na drevenú základňu.
Pre zostavenie rúrovej základne najprv spojte dohromady dva drevené kusy základne, čo sú dlhé štvorhranné tyče (diel č. 2) k ramennému kusu (diel č. 1) pomocou dlhých skrutiek a podložiek, ako vidíte na obrázku 11. Možno budete musieť trochu zväčšiť diery, aby vám do nich skrutky ľahšie vošli. Možno budete potrebovať aj pomoc dospelého. Vložte ramenný kus medzi dve časti základne a potom prilepte konce dvoch štvorcových krížových podpier (diel č. 3) ku koncu kusov základne. Na túto zostavu položte dve ťažké knihy a nechajte lepidlo dobre uschnúť.
Ohnite dierkovaný plechový prúžok (diel 8), čo bude držiak na potraviny vo vašej rúre, do tvaru písmena U s rovnako dlhými koncami. Teraz vložte ramenný kus základne do puzdra rámu v zadnej časti reflexného kužeľa. Je v správnej polohe, aj je vrchný otvor ramena pod otvorom puzdra.
Teraz prúžok v tvare U vložte do drážok v zadnej časti rúry a upevnite ho pomocou skrutiek v tretích otvoroch od ohybu pomocou skrutiek do plechu. Utiahnite skrutky, ktoré spájajú rameno ku kusom základne tak, aby sa rameno len máličko pohybovalo nahor a nadol. Teraz pripojte pružinky k dierkovanému páskovému držiaku. Jedna patrí do prvých otvorov a druhá do tretích otvorov zozadu. Solárnu rúru máte pripravenú.
Reflektor rúry môže byť naklonený smerom hore alebo dole podľa polohy slnka. Skrutky na základni musia byť utiahnuté, aby sa držali na jednom mieste. Keď nakloníte reflektor, uchopte len jeho rameno a nie jeho okraj. Mimochodom, držiak budeme používať aj neskôr pre ďalšie pokusy. Preto sa na zadnej časti rúry nachádzajú aj iné otvory. Aby ste zabezpečili rúru pred vetrom, môžete na základňu počas jej užívania položiť knihu alebo kameň.
Keď upravujete solárnu rúru, nepozerajte sa priamo do slnka. Používajte slnečné okuliare, aby ste neboli oslepený.
Nádoba na kovovom držiaku sa na slnku veľmi zohreje. Na jej odstránenie použite rukavice alebo chňapku, aby ste si nepopálili prsty.
1 – Opatrne vyberte jednotlivé kusy z predrezaného kusu plechu a spojte ich postupne dohromady
2 – Spojte všetky časti dokopy pre vyformovanie kužeľa. Tieto časti môžete zabezpečiť lepiacou páskou alebo lepidlom.
3- Položte kužeľ na stôl týmto spôsobom.
Poznámka: Krivky zadného dielu rúry a rámového puzdra vo vašej sade môžu vyzerať trochu inak, ako je zobrazené na týchto obrázkoch.
4 – Z kartónu č. 3 vydierkujte diel zadnej časti rúry a krídelká prilepte týmto spôsobom.
5 – Ohnite a prilepte puzdro z kartónu č. 4 týmto spôsobom. Nechajte lepidlo úplne vyschnúť, aby sa jednotlivé prvky neuvoľnili.
6 – Prilepte puzdro rámu na zadnú časť rúry.
7 – Potom nalepte zadnú časť rúry na kužeľ.
8 – kovový prúžok (diel č. 8) pripevnite k ramenu (diel č. 1) pomocou krátkych skrutiek, ktoré nájdete vo vrecúšku s malými časťami (diel č. 29).
9 – Potom ohnite kovový prúžok do tvaru písmena U s rovnakými stranami (spočítajte 11 otvorov na dierkovanom prúžku).
10 – Teraz ohnutý prúžok odstráňte, aby ste mohli vložiť rameno do puzdra.
11 – Možno bude treba otvory v ramene ešte vyhladiť, aby mohli byť skrutky ľahšie utiahnuté.
12 – Zostavu reflexného kužeľa posuňte na drevené rameno a potom vložte ukončený kovový prúžok v tvare U do drážok v zadnej časti rúry a upevnite ho pomocou dvoch krátkych skrutiek.
13 – Teraz môžete vložiť dve malé pružinky. Medzi ne môže byť pripojený malý pohár (nie je nutné ohýbať dierkované prúžky okolo pohára, pružinky sú dosť silné na to, aby pohár udržali).
Kde je najhorúcejšie miesto v rúre?
Teraz sa pokúsime zistiť ohniskovú vzdialenosť rúry. K tomu budeme potrebovať: drevený kolík (diel č. 7), slnečné okuliare, pravítko a ceruzku.
V tomto pokuse vyberte kovový držiak z rúry. Vložte drevený kolík (diel č. 7) do reflektora z prednej strany, až kým neprenikne do vzdialenosti asi 10 cm od zadnej časti rúry. Teraz choďte vonku a otočte reflektor smerom k slnku. Za žiadnych okolností nepozerajte priamo do slnka, pretože by ste si mohli poškodiť zrak. Preto by ste mali nosiť slnečné okuliare, pretože aj odrazené svetlo vám môže uškodiť.
Kolík bude určite vrhať tieň v spodnej časti reflektora. Otočte a nakloňte reflektor, až pokým tieň nezmizne. Teraz vieme, že stredová os reflektora smeruje priamo k slnku.
Na kolíku uvidíte svetelnú zónu. Ohnisková rovina rúry je práve v tejto výške. Vezmite si pravítko a stanovte vzdialenosť stredu otvoru na reflektore od svetelnej zóny. Toto je ohnisková vzdialenosť vašej solárnej rúry. Buďte opatrný: nepopáľte sa. Držte rukou pravítko mimo horúcej zóny. Označte ju na kolíku pomocou ceruzky. Nenechajte kolík v tejto polohe príliš dlho, mohol by začať horieť. Potom odvráťte reflektor od slnka a odmerajte ohniskovú vzdialenosť na kolíku.
Horák solárnej rúry je osvetlený
Teraz by sme radi zistili, aká veľká je ohnisková rovina a aký má tvar. Pre tento pokus budete potrebovať len jednu pomôcku navyše, biely kotúč z kartónu č. 6.
Prilepte okrúhly kotúč na koniec kolíka kvapkou lepidla. Strčte kolík cez otvor v zadnej časti reflektora, takže sa kotúč bude nachádzať vo vnútri refrakčného kužeľa. Posúvajte kolík pomaly dnu a von a pozorujte svetlo na kotúči a kedy je najjasnejšie a najsústredenejšie. Vtedy je kotúč v ohniskovej rovine. Táto oblasť je najhorúcejšou rovinou rúry. Ale nedržte takto kolík príliš dlho, aby sa kotúč neprepálil.
Pomocou kolíka (diel č. 7) a malého kartónového kotúča z kartónu č. 6 môžete presne určiť ohniskový bod.
Tepelná skúška solárnej rúry
Ohniskovú vzdialenosť môžete určiť aj teplomerom. Na tento pokus potrebujete len rúru a teplomer. Vložte teplomer zo zadnej strany rúry cez skúšobný otvor, ako to vidíte vyššie. Odčítajte teplotu pomocou červenej špičky teplomera pri rôznych vzdialenostiach od zadnej strany rúry. Uvidíte teplotné zmeny v závislosti od vzdialenosti od ohniskového bodu. V ohniskovej rovine bude teplota prudko rásť až do svojej hornej hranice. Predtým než toto maximum dosiahnete preto teplomer presuňte do chladnejšej oblasti. Inak by ste ho mohli poškodiť.
Takto vyzerá hotová solárna rúra.
Polievka z dáždnika
Starý dáždnik potiahnutý na vnútornej strane kúskami reflexnej, samolepiacej fólie v tvare koláčov môže vytvoriť výbornú solárnu rúru. Rúčku najprv odstráňte. Takto si môžete vymyslieť jedinečný spôsob ako podporiť svoje varenie a zároveň reflektor.
21. marec: V dnešný prvý jarný deň si užívame svoj kastról fazule, zemiakov a cibule okorenených bylinkami zo skleníka a uvarených v solárnej rúre. Zistili sme, že keď zarovnáme zrkadlo tak, aby priamo čelilo slnko, tak sa nám voda uvarí do 15 minút. Keďže Zem sa otáča a poloha slnka sa tiež mení, jedlo sa varí pomaličky ako na malom plameni. A keď je slnko už mimo zrkadla, jedlo je už hotové. Slnko teda nielen varí naše jedlo, ale je aj našim časovačom!
3 apríl: Stále používame príliš veľa vody. Pri východnej stene nášho domu sme vykonali veľkú dieru do zeme. Toto bude naša zásobáreň vody a budeme tu zbierať dažďovú vodu zo strechy.
Steny sme omietli blatom s veľmi kvalitným vodotesným ílom bez obsahu piesku. Drží pokope s tkanou podložkou z prútov. Dažďová voda, ktorá sa zbiera v tomto špeciálnom kontajneri bude dobrá na pranie, umývanie riadov i sprchovanie.
Varič ryže
Pre prvý pokus s varením budete potrebovať:
Drevený kolík, časť 7
1 sklíčko z dojčenskej výživy s vekom, nie je súčasťou balenia
Čierna farba a štetec, nie sú súčasťou balenia
Ryžu a soľ, nie sú súčasťou balenia
Chňapku alebo rukavice, nie sú súčasťou balenia
Predtým, než začneme variť v solárnej rúre, si sklíčko z výživy zmeníme na náš solárny hrniec. Je to jednoduché: len vonkajšok sklíčka a veko namaľujte na čierno a nechajte farbu uschnúť (Prečo? Pozrite „Slnečný kolektor“ na str. 21). Potom pripojte pružiny ku kovovému držiaku, sklíčko naplňte asi do tretiny obsahu ryžou., pridajte štipku soli a naplňte vodou do výšky asi 1 cm od okraja. Potom veko uzavrite, aby ste predišli rozliatiu.
Následne orientujte reflektor rúry smerom k slnku a položte kameň alebo knihu na drevenú základňu, len pre prípad, že by fúkal vietor.
Teraz pritlačte sklíčko medzi háky, takže bude sedieť na dvoch pružinách. Prispôsobte držiak tak, aby sklíčko bolo v čo najvertikálnejšej polohe. Neskôr otvorte trochu veko na sklíčku, aby sa uvoľnila para.
Teraz vám slnko varí ryžu. A keďže sa po čase vzdiali od rúry, musíte zostavu nastaviť každých 15 minút. Sklíčko musí byť vždy v horúcej oblasti tam, kde slnko svieti najjasnejšie. Ak je len trochu mimo a nie presne v ohniskovom bode, nie je dôvod k obavám. Hodinu a pol pred a po čase, keď je slnko na oblohe najvyššie (o 12.00 alebo 13.00 podľa letného/zimného času), je slnko stále v najlepšej polohe pre solárne varenie. Čo musíte urobiť je len zabezpečiť, aby rúra sledovala slnko. Pri jasnom poludňajšom dni sa vám ryža začne variť za asi 30 minút a bude hotová za ďalších 30 minút. Divá ryža potrebuje na uvarenie asi hodinu varenia. Počas jari a jesene to trvá ešte trošku dlhšie. Než vyberiete sklíčko von z rúry, odvráťte ho od slnka a použite chňapky alebo rukavice. Sklíčko môžete vybrať z držiaka.
Ak budete chcieť variť aj niečo iné na solárnej rúre, môžete sklíčko po 20 minútach úplne odstrániť, pevne veko uzavrite a ihneď vložte sklíčko medzi vlnené ponožky, aby ste ukončili varenie. Počas tejto doby si môžete zohriať vodu napríklad na šálku čaju v inom sklíčku. Voda sa vám zohreje asi za pol hodiny. Pamätajte, že voda tu nevrie tak, ako sme zvyknutí z elektrických alebo plynových horákov, že vidíte bublinky plávať z dna hrnca. Namiesto toho sa tu tvoria bublinky po celom obsahu sklíčka.
Pozor! Solárna rúra je veľmi horúca!