Лабораторная работа определение кпд нагревательного прибора

Лаб.Раб.Измерение КПД установки с электрическим нагревателем
опыты и эксперименты по физике (8 класс)

В материале подробно представлены этапы выполнения лабораторной работы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Измерение КПД установки с электрическим нагревателем

Цель работы : рассчитать тепловую отдачу нагревателя

Приборы и матери алы: сосуд с водой, внутренний сосуд от калориметра, спираль, измерительный цилиндр, термометр, часы, источник тока, амперметр, вольтметр.

1.В сосуд от калориметра налейте воду массой100г комнатной температуры и измерьте эту температуру. Затем опустите в воду спираль, включите ток и нагревайте воду в течение 10-15минут. Определите показания амперметра и вольтметра, присоединённого к клеммам спирали.

2.Результаты всех измерений занесите в таблицу:

Начальная температура воды t 1 , 0 С

Конечная температура воды t 2 , 0 С

3.Используя данные таблицы, вычислите:

а)мощность тока в спирали, зная силу тока и напряжение на ней;

б)работу тока, зная мощность спирали и время нагревания;

в)количество теплоты, полученное водой;

г)тепловую отдачу нагревателя.

Тепловой отдачей нагревателя называют отношение количества теплоты, полученного водой, к работе, совершённой током. ( КПД= )

Измерение КПД установки с электрическим нагревателем

Цель работы : рассчитать тепловую отдачу нагревателя

Приборы и матери алы: сосуд с водой, внутренний сосуд от калориметра, спираль, измерительный цилиндр, термометр, часы, источник тока, амперметр, вольтметр.

1.В сосуд от калориметра налейте воду массой100г комнатной температуры и измерьте эту температуру. Затем опустите в воду спираль, включите ток и нагревайте воду в течение 10-15минут. Определите показания амперметра и вольтметра, присоединённого к клеммам спирали.

2.Результаты всех измерений занесите в таблицу:

Источник

Физический практикум. Лабораторная работа. Коэффициент полезного действия электрического нагревательного прибора

• вычислить значение коэффициента полезного действия электрического нагревательного прибора при различной нагрузке (мощности),
• исследовать зависимость коэффициента полезного действия от мощности электрического нагревательного прибора (электрического чайника типа TEFAL).

Порядок выполнения работы.

Укрепить термометр в лапке штатива.

Измерить температуру воды в ведре (начальная температура).

Собрать экспериментальную установку (лабораторный автотрансформатор, ваттметр, электрический чайник).

4. Получить разрешение преподавателя на проведение опытов.

1. Используя измерительный цилиндр, налить в чайник 0,5 литра воды (0,5 кг воды).
2. Одновременно включить установку в электрическую сеть и запустить секундомер.
3. С помощью автотрансформатора и ваттметра установить мощность 500 ватт.
4. Через промежуток времени, равный 100 секундам, выключить установку (вынуть вилку из розетки).
5. Измерить температуру воды в чайнике.
6. Вылить воду из чайника в раковину.
7. Результаты опыта заносим в таблицу и вычисляем коэффициент полезного действия, используя формулу , или , где

4

Выполняя пункты (1 – 7), проделываем опыты № 2 (мощность 1000 Вт),

№ 3 (мощность 1500 Вт ), № 4 (мощность 2000 Вт),

Заполняем таблицу и строим график зависимости коэффициента полезного действия от мощности.

Изучая график, делаем вывод.

Вывод: чем больше мощность чайника, тем больше коэффициент полезного действия.

Ученики обсуждают этот вывод, выдвигают гипотезы, высказывают свои мысли и приходят к правильному решению – использование нагревательного прибора с большой мощностью способствует экономии электрической энергии.

Учитель рекомендует ученикам рассказать родителям о результатах своих исследований и попросить родителей приобрести для кухни современный чайник большой мощности (2200 ватт) в целях: 1) быстрого приготовления чая (кипятка), 2) экономии электрической энергии.

Примечание. Лабораторная работа физпрактикума в 10 классе рассчитана на два академических часа, проводится группой учеников в составе (2-4) человек под руководством учителя. Кабинет физики должен иметь евророзетки, подключенные к трехпроводной электрической сети. Ученики обязаны строго соблюдать правила техники безопасности: только при отключенном чайнике (вилка вынута из розетки) разрешается наливать воду в чайник, измерять температуру воды, выливать воду из чайника, запрещается прикасаться к чайнику в то время, когда он включен в электрическую сеть.

Касьянов В.А. Физика 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2003.

Энциклопедия для детей. Техника. – М.: Аванта +, 2001.

Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика 9 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений.- М.: Дрофа, 2002.

Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? – М.: ВАП, 1994.

Источник

Лабораторная работа № 5, Определение мощности, теплоёмкости и КПД нагревателя

Определение мощности, теплоёмкости и КПД нагревателя.

Цель работы: определить мощность, теплоёмкость воды и нагревателя и рассчитать КПД чайника.

Приборы и принадлежности: лабораторный комплекс ЛКТ — 9 в составе: электрочайник, вольтметр, манометр, секундомер и мультиметр.

5.1. Теоретическое введение

Электрическим нагревателем является участок цепи, где в результате большего, чем в подводящих проводах, сопротивления выделяется большее количество теплоты .

Это может быть проволока с большим удельным сопротивлением (нихром и другие сплавы, слабо окисляющиеся в воздухе даже при высоких температурах).

Нихром в воздухе может иметь температуру до 1100°С, сплавы — до 1200 °С. Для получения более высоких температур используют вольфрам (до 2500 °С), но он легко окисляется, поэтому его следует помещать в защитную бескислородную, лучше восстановительную атмосферу (аргон, водород, пары спирта и т. д.).

Если необходимо нагрев объекта вести в воздухе, то нагреваемый объект отделяют от спирали газонепроницаемой огнеупорной стенкой (алунд — спеченный оксид алюминия). Но при этом температура в рабочем пространстве печи снижается.

Высокие температуры в воздухе выдерживают нагреватели в виде стержней, спеченных из смеси углерода и оксидов, например кремния (силитовые стержни, до 1400 °С), или нагреватели из дисилицида молибдена. На очень высокие температуры и также на окислительную среду рассчитаны стержни из оксида тория (IV), но они дороги и радиоактивны.

Мощность нагревателя при заданном напряжении питания тем больше, чем меньше его сопротивление (Р=U2/R). Например, чем короче спираль и чем толще проволока, тем больше мощность нагревателя и тем больший ток он потребляет.

Температура в электрических печах легко регулируется с помощью автотрансформаторов или реостатов. В этом преимущество электрической печи перед другими. Для автоматической регулировки температуры в печах используют контактные термометры, включающие и выключающие цепь, а также любые другие датчики температуры с электрическим выходом (см. работу №1), которые через усилитель и исполняющий двигатель управляют автотрансформатором пли реостатом.

Кроме электрических печей с металлическим или полупроводниковым нагревателем, применяют дуговые электропечи, где нагревателем служит газовый разряд, а также оптические печи (нагрев светом или инфракрасными лучами), топливные (нагрев за счет горения угля, нефти, бензина, бутана, водорода и т. д. в топке или горелке) и атомные, точнее, ядерные (ядерный реактор).

5.2. Описание и устройство комплекса ЛКТ-9

Рис. 1 Комплект ЛКТ – 9.

Общий вид комплекса ЛКТ-9 приведен на рис.1, принадлежности показаны на рис.2.

Основной элемент комплекса — электрочайник 8, используемый в качестве водяной бани, нагревателя и калориметра. Чайник постоян­но подключен к электрической розетке внутри пульта управления, которая через два предохранителя на 10 А соединена с кабелем пи­тания, заканчивающимся вилкой «Евро». Для подключения к розеткам «Азия» имеется переходник.

Пульт управления установкой позволяет измерять сетевое нап­ряжение вольтметром 2, давление в исследуемом объеме — манометром 3, интервалы времени — секундомером 5, температуру, сопротивление нагревателя и другие параметры — мультиметром 6.

Рис.2. Принадлежности комплекса ЛКТ-9

1. Измерьте сопротивление R нагревателя (мультиметром), а так же напряжение U в сети при включенном нагревателе чайника. Обратите внимание на то, что при включении чайника сетевое напряжение уменьшается за счет падения напряжения на проводах.

2. Подготовьте два мерных стакана (мензурки) и залейте в каждый по =1 л холодной воды.

3.Залейте в чайник =1 л холодной воды. Через 1-2 минуты измерьте температуру залитой воды Т1.

4. Включите чайник и за время t1 доведите воду до кипения при температуре Т2 Для определения мощности потерь выключите нагреватель и в течение t2 = 3 минут проследите за остыванием воды до температуры Т3.

5. Для определения теплоемкости чайника вылейте из чайника в мерный стакан горячую воду с температурой и быстро залейте из второго стакана =1 л холодной воды при температуре . После заливки вода через 1-2 минуты прогреется до температуры .

6. Экспериментальные и расчётные данные занести в таблицу 1

Сопротивление нагревателя при комнатной температуре,

Сопротивление горячего нагревателя,

Напряжение в сети без нагрузки,

Напряжение в сети под нагрузкой,

Объем воды,

Температура холодной воды,

Время нагревания до кипения,

Температура кипения,

Время остывания,

Температура после остывания,

Температура перед выливанием,

Температура холодной воды во втором стакане,

Температура после прогрева в чайнике,

1. Определите мощность нагревателя чайника:

2. Рассчитать мощность потерь, выразив:

(3)

3. Рассчитать среднюю мощность потерь, при этом можно принять, что средняя мощность потерь равна половине мощности потерь , наблюдаемой при остывании чайника, нагретого до максимальной температуры:

4. Рассчитать теплоемкость воды:

5. Определить теплоемкость чайника по формуле:

6. Рассчитать КПД при нагревании 1 л воды:

=

7. Рассчитать КПД при кипячении:

8. Данные занести в таблицу 2

6. Сделать вывод о влиянии теплоёмкости чайника и жидкости на КПД нагревателя.

1. Титульный лист, где указывается номер работы, её название, номер группы, фамилия и инициалы студента.

3. Расчет мощности и КПД нагревателя.

1.Приведите формулу для расчета мощности нагревателя

2.Приведите формулу для определения КПД нагревателя

Источник