smart for science

English: During the past few years the societal significance of solar panels has risen. Therefore solar cells possess a great potential as a topic for physics education. They can also be used as context to introduce voltage, current and electrical power. Learners already know several applications of solar panels from their everyday lives, such as calculators or weather stations as well as outdoor-equipment or panels on rooftops. A both interesting and relevant question for the physics classroom is for example: how much energy — or rather how much power — can a solar panel provide in situations of varying light intensities? Learners can look at several different scenarios in this context, such as the influence of daytime or various kinds of cloud layers. On this page, an easy circuit for measuring the power of a solar panel by using the microcontroller Arduino is shown. The application ‘phyphox’ is used for presenting the measured data. The circuitry enables measuring the power of a solar panel in different situations of light intensity and to evaluate the data by learners. This could be used to strengthen independent experimental action, experience of competence and self-concept. To illustrate this, several model experiments for students will be described. The experiments are taken from the BMBF-project ‘smart-forscience’ and are described in the Article 

  • Alexander Pusch, Malte Ubben, Daniel Laumann, Susanne Heinicke, Stefan Heusler (2021). Real-time data acquisition using Arduino and phyphox: measuring the electrical power of solar panels in contexts of exposure to light in physics classroom. Physics Education, 56. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6552/abe993

Deutsch: Angesichts der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Smartphones in Schulen erforscht das BMBF-Projekt smart for science Gelingensbedingungen für den Einsatz von Smartphones im naturwissenschaftlichen Unterricht. Distraktionen können dabei sowohl durch den Einsatz schülereigener (BYOD) wie schuleigener (COPE) Geräte auftreten.

Die Untersuchung von BYOD- und COPE-Bedingung erfolgt im Rahmen dreier Workshops der Fächer Mathematik, Physik und Chemie zum Thema Elektromobilität, wobei das Smartphone sowohl fachspezifisch als auch in fächerübergreifenden Nutzungsvarianten eingesetzt wird. Durch die Erhebung fachbezogener und psychologischer Variablen auf Seiten der Lernenden sowie durch die Videografie des Nutzungsverhaltens werden Gelingensbedingungen und Distraktionen identifiziert. In der Physik wird fachspezifisch die App phyphox genutzt, um Echtzeit-Messungen des elektrischen Stroms sowie der elektrischen Spannung und Leistung einer Solarzelle vorzunehmen. Die Dokumentation und Auswertung der Daten erfolgen ebenfalls per Smartphone.

Auf dieser Seite stellen wir die Schaltpläne und den Programmcode für Arduino und phyphox zur Verfügung.

Workbook

folgt in kürze / coming in future

 

Circuitry/Schaltplan, Arduino-code, Phyphox-File

Phyphox-File: Quebec.phyphox

Arduino-Code: SFS-Messung_BT

Alternative to mean averaging a low-pass-filter (4,7 uF, 20k Ohm) can be used:

Deutsche Version der phyphox-Datei zum Scan mit Smartphone

English-Version of the phyphox-file to scan with smartphone

more infos on Transfering via Bluetooth to phyphox under: https://phyphox.org/arduino/

Publications/Publikationen