Giáo án Stem Máy phát điện gió

Chủ đề 3:
MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ
Mục tiêu
- Nêu được gió cũng tạo ra năng lượng có ích.
- Xây dựng được mơ hình máy phát điện bằng sức gió.
- Tìm hiểu tính năng tự động của hệ thống máy phát điện gió sử dụng tính năng điều
khiển.
1. Tìm hiểu về gió và phát điện bằng sức gió
Sự chuyển động của khối khơng khí từ nơi này đến nơi khác tạo ra gió. Nguyên nhân
của chuyển động này là do sự chênh lệch nhiệt độ ở các vị trí khác nhau trên Trái Đất.
Khối khí dịch chuyển từ vị trí có nhiệt độ cao đến vị trí có nhiệt độ thấp.
Người ta đo sức mạnh của gió bằng quy ước cấp độ gió, chẳng hạn một số cấp độ gió
được mơ tả như sau:
Bảng 1. Mơ tả cấp độ gió
Cấ
p

0

1

2

3

4

6

9

11

Mơ tả

Gió êm

Gió rất
nhẹ

Gió thổi
nhẹ vừa
phải

Gió nhẹ
nhàng

Gió
vừa
phải

Gió
mạnh

Gió rất
mạnh

Gió bão
dữ dội

Tình

trạng
mặt
biển

Phẳng
lặng

Sóng
lớn có
chỏm
sóng và
bụi
nước

Ngọn
sóng
bắt đầu
cuộn
lại,
nhiều
bụi
nước

Sóng
cực cao

Sóng
lăn tăn,
khơng
có ngọn

sóng

Sóng
lăn tan

Sóng
lăn tăn
lớn

Sóng
nhỏ, có
đỉnh
sóng

17
Gió
bão
cực
mạnh
Sóng
biển
cực kì
mạnh.
Đánh
đắm
tàu
biển
trọng
tải lớn.

Gió lớn có thể thổi bay xe cộ, nhà cửa, gió cũng làm quay cối xay gió và đẩy thuyền
buồm,... nên có thể nói gió mang năng lượng. Khai thác năng lượng của gió để phát
điện là một nguồn lực lớn cho nền kinh tế hiện nay. Năng lượng gió là năng lượng
sạch, không bị ô nhiễm và gần như không cạn kiệt.
Với ưu thế là quốc gia biển, tiềm năng lượng gió của Việt Nam là đáng kể, chúng ta
có thể khai thác năng lượng gió trong việc phát điện bằng sức gió.
Nguyên tắc chung của phát điện bằng sức gió là gió thổi luồng khơng khí đi qua cánh
quạt của máy phát điện, từ đó làm quay tuabin của máy phát điện, tạo ra điện.
Một số loại máy phát điện gió:
1.1. Thảo luận với bạn để nêu nguyên nhân gây ra gió và sự chuyển hịa năng
lượng gió thành các loại năng lượng khác
Nguyên nhân gây ra gió

Năng lượng gió có thể
chuyển thành


.........................................................
.........................................................
.........................................................
.........................................................

.........................................................
.........................................................
.........................................................
.........................................................

1.2. Thảo luận với bạn để xây dựng mơ hình máy phát điện gió với các yêu cầu
- Tạo ra được điện năng để tháp sáng đèn LED bằng nguồn gió do quạt tạo nên.
- Đảm bảo máy phát điện khơng bị đổ khi đặt ở nơi có gió to vừa phải.

2. Thiết kế mơ hình máy phát điện gió
Bước 1: Cả nhóm thảo luận thống nhất thiết kế mơ hình máy phát điện gió.
Bản vẽ, kích thước

Mơ tả thiết kế máy phát điện gió
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................
Bước 2: Trình bày bản thiết kế và bản vẽ để cả nhóm thống nhất chế tạo.
3. Chế tạo máy phát điện gió
Cả nhóm chế tạo máy phát điện gió theo bản thiết kế đã thống nhất hoặc chế tạo theo
gợi ý dưới đây (các chi tiết xem phụ lục, trang 41).
- Tạo trụ cánh và cánh quạt.
- Tạo puly cho máy phát.
- Tạo thân máy phát.
- Hoàn thiện máy phát
4. Vận hành máy phát điện gió
Bước 1: Chuẩn bị quạt điện có chức năng thay đổi tốc độ gió để làm nguồn gió cho
máy phát
Lưu ý
Chỉ cần quạt nhỏ, tạo gió nhiều nấc nhưng khơng q mạnh vì có thể thổi bay máy
phát.
Bước 2: Kết nối cảm biến hiệu điện thế vào cổng tín hiệu 1 của bộ chuyển đổi
CoachLabII, cắm hai đầu đo của cảm biến hiệu điện thế với hai đầu dây đo tương ứng
của máy phát điện gió (Xem hình 7).
Bước 3: Kết nối máy tính với thiết bị chuyển đổi CoachLabII qua cổng USB, cấp
nguồn cho bộ chuyển đổi CoachLabII, sau đó mở phần mềm Coach 7 trên máy tính
(xem hình 8).
Bước 4: Kích vào nút trên thanh cơng cụ để mở tệp "Phát điện gió.cma7"
* Vơn (kí hiệu là V) là một trong những đơn vị dùng để đặc trưng cho độ lớn của
nguồn điện, nguồn điện càng lớn thì số vơn càng lớn.

Bước 5: Bật quạt ở mức có tốc độ gió nhỏ nhất, sau đó tăng tốc độ gió lên mức vừa,
rồi đọc số vơn đo được ở từng mức độ gió rồi điền vào Bảng 2:
Bảng 2


Mức độ gió
Số vơn đo được
Lưu ý
Khi quạt ở tốc độ gió lớn nhất mà máy phát điện vẫn khơng hoạt động thì cần điều
chỉnh hướng, góc cánh, khoảng cách,...
Bước 6: Lựa chọn tốc độ gió để có được số vơn trong khoảng 2,5V đến 2,9V.
Chú ý: Có thể lắp nhiều đèn LED với nhau để tăng độ sáng, nếu đèn LED bị nhấp
nháy thì chọn các đèn LED có số vôn nhỏ hơn.
5. Báo cáo sản phẩm
Bước 1: Cả nhóm thống nhất nội dung sẽ trình bày, báo cáo.
Gợi ý:
- Trình bày cách chế tạo và vận hành của máy phát điện gió.
- Trình bày cách thực hiện đo số vơn ứng với từng tốc độ quạt.
- Trình bày cách tạo ra điện của máy phát.
- Trình bày các khó khăn gặp phải trong q trình thực hiện.
Bước 2: Nhóm cử một bạn trình bày trước nhóm, cả nhóm đặt câu hỏi và góp ý.
Gợi ý:
- Máy phát điện gió hoạt động như thế nào?
- Tại sao máy phát điện gió lại quay khi óc gió từ quạt điện thổi vào?
6. Mở rộng
Bước 1: Bố trí, lắp đặt như hình 9.
Bước 2: Tìm hiểu câu lệnh lập trình trong tệp "Phát điện gió.cma7".
Câu lệnh
Giải thích
Repeat

Lệnh lặp
If (Voltage(1) < 1.5) or (Voltage(1) Nếu số vôn nhỏ hơn 1,5V hoặc lớn
> 3) Then
hơn 3V thì
Cơng tắc B đóng để chuyển sang
Switch (B;On)
nguồn phụ
Đặt điện áp ra của nguồn A ở mức
SetLevel(1;1)
độ 1
Switch (A;On)
Bật nguồn phụ A
Trường hợp khác đến số vôn trong
Else
khoảng 1,5V đến 3V
Câu lệnh

Giải thích
Cơng tắc B mở, sử dụng nguồn
Switch (B;Off)
điện do cánh quạt quay tạo ra.
Switch (A;Off)
Ngắt nguồn phụ A
Endlf
Kết thúc câu lệnh
Until [Esc]
Nhấn [Esc] để thoát chương trình
Hướng dẫn kết nối: Cắm lần lượt hai đầu dây đỏ và dây xanh của nguồn dự phòng A
vào hai đầu tín hiệu A1 và A2. Cắm hai đầu dây B điều khiển công tắc chuyển mạch
vào hai đầu B1 và B2 của thiết bị chuyển đổi CoachLabII.

Bước 3: Sau khi kết nối xong, nhấn vào núi
trên thanh cơng cụ và trên cửa sổ
chương trình để vận hành kiểm tra đèn có sáng trong các trường hợp: khi khơng có
gió, gió nhỏ hoặc gió q to hay khơng.
Chủ đề 4:
CHUỒNG NI THƠNG MINH
Mục tiêu
- Nêu được một số đặc điểm của thú cưng, vật nuôi trong nhà mà em yêu thích.
- Thiết kế, chế tạo được chuồng ni phù hợp cho vật ni đó.
1. Xác định nhiệm vụ cần tìm tịi khám phá
Tìm hiểu về thú cưng, vật nuôi ở nước ta.
Thú cưng, vật nuôi là những động vật được nuôi để làm cảnh, được người nuôi nâng
niu, chăm sóc. Vật ni khơng chỉ là những lồi thú nhỏ như chuột hamster, thỏ, chó,
mèo,... mà cịn có thể là lợn, gà và nhiều loài động vật khác. Nhiều nghiên cứu cho
thấy việc này giúp con người cảm thấy vui hơn nên có thế kéo dài tuổi thọ, ngồi ra
vật ni cũng giúp ích được rất nhiều việc cho chủ.
Một số loại vật nuôi phổ biến trong gia đình.
1.1. Lựa chọn vật ni u thích
Thảo luận nhóm và điền một số đặc điểm của vật ni u thích mà em lựa chọn vào
bảng dưới đây.
1.2. Xây dựng tiêu chí của chuồng ni thơng minh
Để vật ni khơng leo lên giường ngủ vì có thể mang rận sang người; không đi vệ
sinh tự do quanh nhà để tránh gây ô nhiễm và nguy hiểm cho những người xung
quanh em cần phải có một chuồng ni cho chúng. Giống như một căn nhà nhỏ cho
vật ni, ở đó có thức ăn, nước uống tự động để tránh lãng phí thức ăn thừa. Đáy
chường có khay chứa phân và thức ăn rơi vãi để thuận tiện cho việc vệ sinh chuồng.
Thảo luận nhóm, thống nhất tiêu chí xây dựng một chuồng ni thơng minh.
Nhóm có thể xây dựng một chuồng ni thơng minh đảm bảo các u cầu sau:

- Có kích thước tối thiểu dài 30cm, rộng 20cm, cao 30cm (phù hợp với kích thước
của vật ni).
- Có 1 cửa chính có thể đóng/mở được.
- Có bình thức ăn và nước uống được nối với động cơ để cung cấp tự động cho vật
ni.
- Có khay chứa phân ở đáy chuồng.
2. Xây dựng phương án thiết kế chuồng nuôi thông minh
Bước 1: Cả nhóm thống nhất thiết kế và vẽ mơ hình chuồng ni thơng minh
Lưu ý
Kích thước của chuồng phải đủ lớn để các bạn có thể cùng làm và vật ni có thể
sinh hoạt được trong chuồng.
Mơ tả đặc điểm và kích thước của chuồng
......................................................................................................................
......................................................................................................................
Bản vẽ chuồng và kích thước về chiều dài, chiều rộng, chiều cao.


Bước 2: Trình bày hoạt động của chuồng ni đã thiết kế, thống nhất về chức năng
các bộ phận của chuồng.
3. Chế tạo chuồng nuôi thông minh
Các em hãy chế tạo chuồng nuôi thông minh theo phương án đã thống nhất hoặc theo
hướng dẫn gợi ý dưới đây:
Thành phần chính:
1. Khung chuồng ni là hình chữ nhật;
2. Cửa nằm ở một mặt chuồng;
3. Đế và khay trượt;
4. Hộp đựng thức ăn;
5. Động cơ và băng chuyền thức ăn;
6. Chai nước và máng uống nước.
* Chế tao chuồng nuôi

1. Xây dựng khung chính
Bước 1. Tạo mặt trên của chuồng:
- Cắt 1 tấm lưới bằng diện tích mặt trên của chuồng, có mép ngoài để gài vào tấm làm
khung chuồng.
- Cắt 4 thanh gỗ mẫu như bên dưới làm mặt trên của chuồng.
- Dùng dây thép nhỏ cố định hai bộ phận trên với nhau tạo mặt trên của chuồng.
Bước 2: Tạo mặt bao quanh có hai cửa
- Cắt tấm lưới có chiều rộng bằng chiều cao của chuồng, chiều dài bằng tổng chiều
dài 4 mặt của chuồng rồi gấp vuông lại theo từng góc.
- Tạo cửa chuồng: Đo và cắt 1 tấm lưới và 4 thanh gỗ làm khung cửa chuồng. Dùng
keo dán gỗ, dây thép và đinh nhỏ lắp ghép thành cửa chuồng.
Bước 3: Tạo đáy chuồng
Đo và cắt các tấm khung chuồng, tạo các bộ phận như hình 10. Cố định chặt khung
chuồng bằng keo dán gỗ hoặc dây thép và đinh nhỏ.
2. Lắp ráp các phần để tạo chuồng mới
3. Kết nối thiết bị và chạy thử mô hình
Bước 1: Kết nối thiết bị chuyển đổi CoachLabII với nguồn điện 220V và với máy
tính qua cổng USB (Xem Hình 12).
Bước 2: Kết nối cụm động cơ (mơ-tơ) với cổng ra A của thiết bị chuyển đổi
CoachLabII (dây đỏ cắm vào đầu A1, dây đen cắm vào đầu A2).
Bước 3: Kích đúp vào biểu tượng của phần mềm Coach 7 trên máy tính, kích vào nút
mở
để mở tệp "Chuồng ni thú cưng.cma7" trên máy tính, sau đó kích vào nút
trên thanh cơng cụ và trên cửa sổ chương trình để vận hành thử.
Câu lệnh trong
Ý nghĩa
Hướng dẫn điều chỉnh
Coach 7
Lặp lại các hành động
Repeat

Lệnh bắt buộc
theo lịch


Wait(10)

Mô-tơ nghỉ trong 10
giây

Motor(A;Left)
Wait(5)

Mô-tơ quay từ phải
sang trái trong 5 giây

Motor (A;Stoplt)

Mô-tơ ngừng quay

..............................

.......................

Hẹn giờ để cứ sau 10
giây, hệ thống băng tải
thức ăn bắt đầu hoạt
động
Có thể điều chỉnh quay
phải và tăng giảm thời
gian mơ-tơ quay

Có thể điều chỉnh quay
hoặc dừng
Có thể viết thêm các
câu lệnh

Until[Esc]
Thốt
Mơ tả cơ chế hoạt động cho vật nuôi ăn: Đến giờ ăn, mô-tơ quay làm cho băng
chuyển chuyển động, đồng thời nam châm điện làm mở hộp thức ăn, lúc này thức ăn
sẽ rơi trên băng chuyền, băng chuyền chạy trong 5 giây đưa thức ăn từ đầu chuồng
đến cuối chuồng để đảm bảo thức ăn được cung cấp cho tất cả vật nuôi. Mô-tơ dừng
quay trong 10 giây để nghỉ. Hết 10 giây, quá trình lại lặp lại như lúc ban đầu.
Bước 4: Điều chỉnh mơ hình đảm bảo
Mơ-tơ chạy vào đều, thức ăn không bị rơi ra.
Mô-tơ chạy ra ổn định, gom được thức ăn thừa.
Khi thay đổi thời gian, mô-tơ chạy vào và mơ-tơ chạy ra thì mơ hình hoạt động được
theo sự điều chỉnh.
4. Trình bày và báo cáo kết quả
Bước 1: Cả nhóm thống nhất nội dung trình bày
Gợi ý:
- Nêu lí do nhóm em chọn vật ni đó.
- Trình bày bản thiết kế và cách tạo chuồng ni thơng minh.
- Trình bày cách kết nối với thiết bị chuyển đổi.
- Mô tả thời gian hoạt động theo sự điều khiển của nhóm.
- Biểu diễn hoạt động của sản phẩm.
Bước 2: Phân công thành viên báo cáo.
Gợi ý:
- Nhóm cử một bạn trình bày trước nhóm, cả nhóm góp ý
- Cả nhóm đặt ra câu hỏi cho bạn tập trả lời như: Vì sao lại chọn vật ni đó? Chuồng
ni nhóm em tạo có điểm gì độc đáo, đặc biệt, thơng minh? Nhóm em đã tính tồn

và thay đổi giờ cho vật nuôi ăn như thế nào?
Mang chuồng nuôi về nhà chạy thử nghiệm
5. Mở rộng
Đưa ra ý tưởng thiết kế chuồng cho các vật nuôi khác trong gia đình.