كيفية بناء فرن شمسي لمشروع علمي

مع بضع ساعات من الجهد والمواد المناسبة ، يمكن لأي شخص في متناول اليد تقريبًا بناء فرن شمسي صغير قادر على إنتاج درجات حرارة تزيد عن 500 درجة فهرنهايت. عليك أولاً أن تختار إما عدسة أو مرآة عاكسة كوسيلة لتركيز أشعة الشمس ؛ يؤثر هذا الاختيار على تصميم إطار الفرن والأجزاء الأخرى. يمكنك استخدام الفرن لغلي الماء أو لحام الأشياء الصغيرة أو التطبيقات الأخرى التي تحتاج إلى درجات حرارة عالية.

يعمل الفرن الشمسي عن طريق تركيز ضوء الشمس من منطقة تبلغ مساحتها حوالي قدم مربع إلى بوصة مربعة أو أقل ؛ في يوم مشمس ، تحمل الأشعة الشديدة طاقة كافية لجعل النقطة المحورية شديدة الحرارة. ستعمل عدسة أو مرآة بحجم مقلاة بيتزا متوسطة الحجم ؛ لن يجمع الضوء الأصغر ما يكفي من الضوء ليكون مفيدًا ، وقد يكون الضوء الأكبر مرهقًا. تعد عدسة فرينل عدسة مثالية للمهمة ؛ يتكون من قطعة مسطحة من الزجاج أو البلاستيك الشفاف مع أخاديد متحدة المركز مقطوعة فيها. عدسات فرينل غير مكلفة ومتاحة في متاجر الهوايات العلمية. المرآة المكافئة هي خيار جيد آخر ؛ لا يلزم أن تكون بجودة بصرية مثالية لأن هدفك هو تركيز الضوء وليس إنشاء صور. من المهم ملاحظة أن العدسة تركز الضوء على الجانب المقابل لأشعة الشمس القادمة ؛ تركيز المرآة على نفس الجانب. إذا اخترت عدسة فرينل للفرن الخاص بك ، وإذا كان لها جانب محزوز ، فإن هذا الجانب يواجه الخارج باتجاه الشمس.

أنت تبني إطار الفرن الشمسي كوسيلة لتثبيت العدسة أو المرآة ولإمساك المجمع الذي يلتقط الضوء المركّز. يمكنك استخدام مواد معدنية أو خشبية أو بلاستيكية متينة لبناء الإطار طالما أنك تتجنب المواد اللامعة التي قد تعكس عن طريق الخطأ ضوء الشمس في عينيك. من الناحية المثالية ، يتمحور الإطار على محور أفقي لضبط المرآة أو العدسة بحيث تشير مباشرة إلى الشمس ، بغض النظر عن الموسم أو الوقت من اليوم. بعد الضبط ، يجب أن يتم ربط المحور بإحكام في مكانه ، مما يجعل الإعداد مستقرًا.

مجمع الفرن عبارة عن كوب أو وعاء يلتقط أشعة الشمس المركزة ويصبح ساخنًا. استخدام المعدن الباهت أو غير اللامع للحاوية ؛ سوف يذوب البلاستيك أو يحترق على الفور تقريبًا ، وقد يعكس المعدن اللامع أشعة الشمس في عينيك. تجنب المعدن المطلي ، لأن أشعة الشمس الساخنة ستحرق الطلاء ، مما قد ينتج عنه أبخرة خطرة. الحصول على لبنة لتكون بمثابة قاعدة مقاومة للحريق لوضع المجمع عليها ؛ سيعمل المعدن أيضًا ، على الرغم من أن الطوب لن ينقل الحرارة بعيدًا عن المجمع ، مما يساعد في الحفاظ على درجة حرارته العالية.

هناك نوعان من مخاطر السلامة الرئيسية في الفرن الشمسي: الحرارة وضوء الشمس الساطع. إذا لمست المجمع أو وضعت يدك في المنطقة البؤرية ، فسوف ينتج عن الضوء المركّز حروقًا مؤلمة. اعتني بالأشياء التي تسخنها بفرن الطاقة الشمسية بقدر اهتمامك بالأشياء الساخنة من فرن المطبخ ؛ استخدام ملقط لوضع الأشياء واستردادها في المجمع. تشكل أشعة الشمس الساطعة المركزة أيضًا خطرًا على عينيك ؛ تجنب التحديق في الضوء المركّز لفترات طويلة ، ولا تدعه ينعكس مباشرة في عينيك.

ترتبط طاقة الفرن الشمسي ارتباطًا مباشرًا بحجمه ؛ العدسات والمرايا الأكبر تنتج درجات حرارة أعلى. فرن شمسي كبير قائم بذاته ، يبلغ حجمه حوالي متر ، سوف يذيب المعادن اللينة مثل الرصاص والنحاس ؛ نماذج منضدية أصغر يمكن أن تذوب اللحام. بحذر ، يمكنك أيضًا استخدام الفرن لإشعال الطين في الفخار. سيغلي الماء للطبخ ويشوي اللحوم والخضروات. يمكنك أيضًا استخدام حرارة الفرن لتشغيل محرك ستيرلينغ للكهرباء أو لتشغيل آلات صغيرة.