SKKN hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật với dự án nghiên cứu máy nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG THPT NGUYỄN CHÍ THANH Độc lập - Tự - Hạnh phúc An Giang, ngày 10 tháng 01 năm 2019 BÁO CÁO Kết thực sáng kiến, cải tiến, giải pháp kỹ thuật, quản lý, tác nghiệp, ứng dụng tiến kỹ thuật nghiên cứu khoa học sư phạm ứng dụng I- Sơ lược lý lịch tác giả: - Họ tên: Phan Văn Quang Nam, nữ: Nam - Ngày tháng năm sinh: 1987 - Nơi thường trú: TT Chợ Vàm- Phú Tân – An Giang - Đơn vị công tác: THPT Nguyễn Chí Thanh - Chức vụ nay: Giáo viên - Trình độ chun mơn: Thạc sĩ Hóa học - Lĩnh vực công tác: giáo viên dạy lớp II.- Sơ lược đặc điểm tình hình đơn vị: - Cuộc thi nghiên cứu khoa học kỹ thuật dành cho học sinh thi tổ chức thường niên, hội để em học sinh học hỏi giao lưu thể niềm đam mê với nghiên cứu khoa học, nghiên việc thực đề tài nghiên cứu trường nơng thơn gặp nhiều khó khăn Cụ thể dự án cần phải đo kết trung tâm phân tích, hay tìm mua dụng cụ thí nghiệm, kinh phí để thực dự án Tuy nhiên bù đắp lại khó khăn hỗ trợ có hiệu từ ban giám hiệu, thầy lịng say mê nghiên cứu em nên năm trường sản phẩm tham dự thi khoa học kỹ thuật đạt kết tốt - Tên sáng kiến/đề tài giải pháp: hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật với dự án “nghiên cứu máy nước nóng sử dụng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ” - Lĩnh vực: lượng vật lý III Mục đích yêu cầu đề tài, sáng kiến: Thực trạng ban đầu trước áp dụng sáng kiến - Khuyến khích học sinh trung học nghiên cứu khoa học; sáng tạo kỹ thuật, công nghệ vận dụng kiến thức môn học vào giải vấn đề thực tiễn , theo yêu cầu sở giáo dục nhà trường tổ chức chuyển khai thi nghiên cứu khoa học đến tồn học sinh, thơng qua buổi sinh hoạt cờ, tiết sinh hoạt chủ nhiệm, buổi hoạt động ngoại khóa nhằm khơi gợi cho học sinh ý tưởng khoa học - Các em có nhiều ý tưởng trao đổi với giáo viên xuất phát từ kiến thức học, nhu cầu thiết sống, vấn đề nóng xã hội, môi trường Tuy nhiên Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com việc tiến hành nghiên cứu dựa ý tưởng cịn gặp nhiều khó khăn, điều kiện nghiên cứu nhà trường, địa phương, kinh phí làm đề tài, trình độ giáo viên hướng dẫn, việc lựa chọn đề tài phù hợp với yêu cầu nhắc khó khăn giáo viên hướng dẫn học sinh để đề tài thực thành công - Trong nhiều ý tưởng học sinh đề xuất có ý tưởng cần thiết sử dụng lượng mặt trời để làm nóng nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt hộ gia đình, qua tìm hiểu thơng tin thiết bị nước nóng thị trường thiết bị tự chế người dân dự án liên quan dự thi, thầy trò tiến hành thực dự án "Nghiên cứu máy nước nóng sử dụng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ" Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến - Nghiên cứu khoa học học sinh ngành giáo dục tổ chức nhiều năm qua Đã có nhiều thi tổ chức nhiều lớp tập huấn triển khai Tuy nhiên phong trào tham gia trường hạn chế tập trung vào vài giáo viên Thông qua sáng kiến nhằm phát động rộng rãi toàn trường nhằm lan tỏa đến toàn thể học sinh nhằm giúp cho học sinh vận dụng kiến thức học để giải vấn đề sống, giúp cho việc đổi việc dạy học ngày vào chiều sâu - Về nội dung dự án giải vấn đề cần thiết sống: + Nước ta nằm khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên việc sử dụng lượng mặt trời để làm nóng nước cần thiết + Những máy nước nóng lượng mặt trời thị trường có giá thành cao Và thực tế có số máy nước nóng lượng mặt trời người dân tự chế tạo, nhiên máy có hạn chế khơng giữ nhiệt độ nước lâu + Từ suy nghĩ nhóm học sinh nghiên cứu tạo thiết bị làm nóng nước lượng mặt trời tự động thu nước nóng xuống dự trữ bình bảo ôn để giữ nhiệt độ nước lâu Nội dung sáng kiến 3.1 Tiến trình thực hiện: Bước 1: Phát động thi nghiên cứu khoa học toàn trường, ban giám hiệu nhà trường thực Bước 2: Học sinh suy nghĩ ý tưởng tìm đến giáo viên để hỗ trợ thực ý tưởng thân Bước 3: Dựa ý tưởng giả thuyết khoa học, xây dựng kế hoạch nghiên cứu cụ thể Bước 4: Tiến hành nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm, viết báo cáo kết nghiên cứu Bước 5: hướng dẫn cho em tham gia thi vòng trường, vòng sơ khảo, vòng Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 3.2 Thời gian thực hiện: - Phát động thi nghiên cứu khoa học kỹ thuật: 1/2018 - Thời gian xây dựng kế hoạch nghiên cứu: 8/2018 - /2018 - Thời gian thực 9/2018 - 12/2018 - Học sinh tham gia dự án + Dương Thị Bích Duyên Lớp: 11C6 + Trần Quang Huy Lớp: 10C7 3.3 Tổ chức thực nghiên cứu dự án khoa học 3.3.1 Dự án nghiên cứu vấn đề gì? Dự án nghiên cứu việc sử dụng nguồn lượng từ ánh sáng mặt trời để đun nóng nước Sử dụng cảm biến nhiệt độ để quản lí nhiệt độ nước điều khiển lượng nước cung cấp lượng nước nóng nhận van điện từ giúp máy có khả tự hoạt động để thu nước nóng mà khơng cần nhờ can thiệp người Sử dụng bình dự trữ để bảo quản nhiệt độ nước nóng Bên cạnh thiết bị phải đảm bảo chi phí lắp đặt thấp phù hợp với thu nhập tất người 3.3.2 Các giả thuyết khoa học phục vụ cho trình nghiên cứu dự án a Hiệu ứng nhà kính: Khi Mặt Trời xuyên qua kính tia sáng có bước sóng < 0,7μm qua kính Khi lượng xạ Mặt Trời xuyên qua cửa sổ máy nhà kính xảy tương tác photon lên vật chất làm phát xạ tia hồng ngoại (có bước sóng > 0,7 μm) nên khơng khỏi khỏi nhà kính kèm theo nhiệt lượng dẫn đến khơng khí bên nóng lên kể vị trí khơng chiếu sáng trực tiếp b Bức xạ Mặt Trời: Bức xạ mặt trời dòng vật chất lượng Mặt Trời phát Đây nguồn lượng cho q trình phong hóa, bóc mịn, vận chuyển, bồi tụ Trái Đất, chiếu sáng sưởi ấm cho hành tinh hệ Mặt Trời c Phương pháp đối lưu: Đối lưu di chuyển nhóm phân tử chất lưu chất lỏng, chất khí hay chất lưu biến (rheid) Đối lưu diễn thơng qua bình lưu qua khuếch tán qua hai Dịng đối lưu chảy nhờ lực đẩy Ácsimét, chênh lệch nhiệt độ kéo theo chênh lệch mật độ chất lưu trường lực hấp dẫn; bị cưỡng dòng chảy ngoại lực tác động bơm d Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ thiết bị dùng để cảm nhận lượng nhiệt khu vực cần đo Mục đích sử dụng cảm biến nhiệt độ để báo cho người dùng biết lượng nhiệt khu vực cần đo Cảm biến nhiệt độ thiết kế nhiều loại với nhiều dãy đo; độ bền độ xác khác tùy theo khu vực đo mà người dùng nên chọn thiết bị dò nhiệt hợp lý Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Hình 1: Cảm biến nhiệt độ e Van điện từ: Van điện từ thiết bị điện, dùng để kiểm soát dịng chảy chất khí chất lỏng dựa vào ngun lí chặn đóng mở lực tác động cuộn dây điện từ Hình 2: van điện từ 3.3.3 Tóm tắt trình nghiên cứu dự án kết thu A Thí nghiệm áp dụng biện pháp hiệu ứng nhà kính dùng nguồn lượng ánh sáng Mặt Trời để đun nóng nước a Chuẩn bị: - thùng xốp, thùng nhựa đen, nhiệt kế 100oC, kính, 10 lít nước b Tiến hành: * Điều kiện tiến hành: trời hoang mây, nắng tốt - Đặt thùng nhựa đen vào bên thùng xốp, sau đổ nước vào cho mực nước có độ sâu khoảng 15cm Dùng kính đậy kín lên mặt thùng Đặt phơi trời nắng, dùng nhiệt kế để đo nhiệt độ nước sau 30 phút - Lưu ý kính đậy đặt gốc nghiêng 20o so với thùng đề giảm tượng nước bám lên mặt kính Hình 3: Mơ hình thí nghiệm thiết bị làm nóng nước từ lượng mặt trời Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com C kết quả: Kết thí nghiệm cho thấy nhiệt độ nước đạt 72oC B Thí nghiệm áp dụng phương pháp đối lưu chất lỏng để thu nhận lượng nước nóng máy cung cấp: a Chuẩn bị: - 600 ml nước nóng, 600 ml nước lạnh, ống màu thực phẩm, Bình thơng b Tiến hành Cho vài giọt màu thực phẩm vào cốc chứa đầy nước nóng, cốc chứa đầy nước lạnh Hai cốc thơng với có khóa K Đặt cốc nước lạnh cao cốc nước nóng sau mở khóa K cho nước lạnh từ từ dẫn qua cốc nước nóng Nước nóng bị đẩy lên tràn ngoài, khảo sát thay đổi nhiệt độ nước nóng theo thể tích nước tràn Hình 4: Mơ hình thí nghiệm phương pháp đối lưu c Kết Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Qua thí nghiệm ta nhận kết nhiệt độ nước giảm 3oC ta thu 50% lượng nước cốc nước nóng C Thí nghiệm khả hoạt động cảm biến nhiệt độ van điện từ a Chuẩn bị, cài đặt cảm biến nhiệt độ - Cảm biến nhiệt độ, van điện từ, cốc nước 500ml, đèn cồn - Thiết lập nhiệt độ cảm biến nhiệt P0= 600C - Biên độ nhiệt dao động P1= b Tiến hành - Lắp thiết bị theo hình mơ hình sau: Hình 5: Mơ hình thí nghiệm hoạt động cảm biến nhiệt van điện từ - Cho nhiệt độ nước tăng dần đến 600C, sau hạ nhiệt độ nước xuống 570C quan sát hoạt động cảm biến nhiệt độ van điện từ - Việc cài đặt nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ môi trường theo mong muốn người sử dụng c kết quả: Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Khi nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ cài đặt van điện từ mở cho nước qua nhiệt độ hạ xuống nhiệt độ cài đặt van đóng khơng cho dịng nước qua Ngồi ra, tuỳ theo yêu cầu sử dụng người thời tiết thay đổi cài đặt nhiệt độ D Thiết kế máy nước nóng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ: a Chuẩn bị - thùng xốp, Thùng nhựa màu đen bên - Cảm biến nhiệt độ 12V (công suất 0,5W), Van điện từ (12V; ϕ = 13mm, công suất 2W) - Nguồn điện 12V, Ống nước, kính CHÚ THÍCH (1) Nguồn nước lạnh vào b Tiến hành (2) Van điện từ đóng mở nước lạnh vào Tiến hành lắp ráp mơ hình theo sơ đồ sau: bình số (3) Cảm biến nhiệt, đo nhiệt độ nước bình số để điều khiển van điện từ (4) Bình nước hấp thụ lượng mặt trời để đun nóng nước (5) ống xả nước nóng vào bình bảo ơn số (6) Kính suốt ánh sáng chiếu vào bình số 4, tạo hiệu ứng nhiệt bình số (7) Bình bảo ơn chứa nước nóng để phục vụ nhu cầu sinh hoạt (8) Nguồn điện 12v cho van điện từ cảm biến nhiệt Hình 6: sơ đồ cấu tạo máy nước nóng lượng mặt trời c Nguyên lí hoạt động - Sử dụng nguồn điện 12V để làm nguồn cung cấp điện cho cảm biến nhiệt độ (3) van điện từ (2) - Nước hấp thu lượng mặt trời làm nóng nước bình (4) nhiệt Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com độ nước tăng lên, nhiệt độ đạt 600C cảm biến nhiệt độ (3) tự cảm nhận nhiệt độ nước đóng role điện, dịng điện qua van điện từ (2), van điện từ mở ra, dịng nước lạnh qua van cung cấp vào bình (4) từ phía lên theo phương pháp đối lưu, từ nước nóng tự động dâng lên tràn ống dẫn xuống bình bảo ơn (7) để dự trữ nước nóng - Khi nhiệt độ nước bình số (4) giảm xuống 57oC cảm biến nhiệt điều khiển role ngắt dòng điện van điện từ đóng, nước bình (4) giữ ỗn định để tiếp tục làm nóng theo chu trình - Chu trình lặp lặp lại trời khơng cịn nắng d khảo sát thực tế Tiến hành khảo sát thử nghiệm máy nước nóng lượng ngày khác (vào ngày trời quang mây nắng tốt) để kiểm tra khả hoạt động lượng nước nóng thu e Kết Quả: thể tích nước nóng 59oC thu ngày Hình 7: kiểm tra hoạt động máy nước nóng lượng mặt trời Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Lần khảo sát Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Nhiệt độ khơng khí 30,5 oC 30,2 oC 31,0 oC 30,5 oC 31,2 oC Lượng nước nóng thu (lít/ngày) 36 lít 36 lít 38,5 lít 39 lít 42 lít - Lượng nước nóng 590C thu trung bình ngày 38 lít - Máy nước nóng lượng mặt trời hoạt động tốt đáp ứng mục tiêu đề IV Hiệu đạt được: - Với việc lựa chọn nội dung dự án phù hợp với điều kiện nghiên cứu nhà trường, việc tích cực tham gia nghiên cứu hai học sinh hỗ trợ nhà trường Dự án thực với thời gian đề tháng 12 năm 2018 - Dự án đạt giải nhì vòng tổ chức trường THPT Chuyên Thoại Ngọc Hầu tháng 12/2018 - Dự án đạt kết thực tiễn sau: + Máy nước nóng làm nóng nước lượng mặt trời + Máy tự cảm nhận nhiệt độ nước thông qua cảm biến nhiệt điều khiển van điện từ tự động đóng, mở nước để thu nước nóng mà khơng cần tác động người + Máy có tích hợp bình dự trữ nước để bảo quản nhiệt độ nước gặp phải thời tiết thất thường ban đêm + Giá sản phẩm 400.000 đồng, phù hợp với tất người Những người có thu nhập thấp đến trung bình sử dụng sản phẩm V Mức độ ảnh hưởng - Với việc thực bước việc nghiên cứu dự án khoa học kỹ thuật, khơng giúp ích cho thân học sinh tham gia nghiên cứu mà tác động đến tất học sinh toàn trường niềm đam mê nghiên cứu khoa học để thực nhiều nghiên cứu khoa học tương lai - Sản phẩm thu dự án “máy nước nóng sử dụng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ” thiết bị phù hợp với tất hộ gia đình việc sử dụng nước nóng sinh hoạt VI- Kết luận: Hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật với đề tài “nghiên cứu máy nước nóng sử dụng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ” thu kết sau: - Đã khơi dậy học sinh tình yêu khoa học, say mê nghiên cứu vận dụng kiến thức học áp dụng vào thực tiễn sống Thơng qua lan truyển niềm đam mê nghiên cứu khoa học đến tất học sinh nhà trường Trang: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com - Nâng cao ý thức học sinh bảo vệ mơi trường biết sử dụng có hiệu nguồn lượng có hạn vơ hạn - Nâng cao ý thức cộng đồng biết quan tâm đến sống người dân học sinh - Hình thành kiến thức học sinh việc tìm kiếm ý tưởng, lặp kế hoạch tiến hành thực ý tưởng - Hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật góp phần đổi hình thức tổ chức dạy học đánh giá kết học tập theo định hướng phát triển lực phẩm chất học sinh; thúc đẩy giáo viên tự bồi dưỡng nâng cao lực chuyên môn, nghiệp vụ; nâng cao chất lượng dạy học sở giáo dục trung học Tôi cam đoan nội dung báo cáo thật Xác nhận đơn vị áp dụng sáng kiến Người viết sáng kiến Phan Văn Quang Trang: 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ... thực nghiên cứu dự án khoa học 3.3.1 Dự án nghiên cứu vấn đề gì? Dự án nghiên cứu việc sử dụng nguồn lượng từ ánh sáng mặt trời để đun nóng nước Sử dụng cảm biến nhiệt độ để quản lí nhiệt độ nước. .. đình việc sử dụng nước nóng sinh hoạt VI- Kết luận: Hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật với đề tài ? ?nghiên cứu máy nước nóng sử dụng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ? ?? thu kết... niềm đam mê nghiên cứu khoa học để thực nhiều nghiên cứu khoa học tương lai - Sản phẩm thu dự án ? ?máy nước nóng sử dụng lượng mặt trời có gắn cảm biến nhiệt độ? ?? thiết bị phù hợp với tất hộ gia