11. Wyznaczanie sprawności grzałki elektrycznej

11. Wyznaczanie sprawności grzałki elektrycznej
Cel:
 Poznanie procesów energetycznych towarzyszących ogrzewaniu ciał.
 Wyznaczenie sprawności grzałki elektrycznej.
Pytania kontrolne:
 Definicja ciepła właściwego i ciepła parowania.
 Ciepło Joule’a–Lenza.
 Procesy energetyczne towarzyszące ogrzewaniu wody. Sprawność grzałki
elektrycznej.
Opis ćwiczenia:
Podczas przepływu prądu elektrycznego przez drut oporowy grzałki elektrycznej, w
czasie t zostaje pobrana z sieci energia elektryczna
W  UIt ,
(11.1)
gdzie U jest napięciem a I natężeniem przepływającego prądu. Energia ta jest zamieniana na
ciepło. Część powstałej energii cieplnej zostaje oddana wodzie w postaci ciepła Q . Pozostała
część energii jest pobierana przez grzałkę i naczynie w którym znajduje się woda (powodując
wzrost ich temperatur) oraz oddawana do otoczenia. Stosunek energii przekazanej wodzie do
energii pobranej przez grzałkę

Q
100%
W
(11.2)
nazywamy sprawnością grzałki.
Ważymy naczynie aluminiowe, nalewamy do niego wodę do zaznaczonego poziomu i
ważymy powtórnie. Wyznaczamy masę wody:
mw  mn w  mn .
(11.3)
Do wody wkładamy grzałkę elektryczną i ogrzewamy układ składający się z naczynia
aluminiowego, grzałki i wody. W równych odstępach czasu t mierzymy temperaturę wody
oraz napięcie U i natężenie I prądu przepływającego przez grzałkę. Pomiary wykonujemy
podczas ogrzewania wody od temperatury pokojowe do temperatury wrzenia oraz przez czas
t w podczas procesu wrzenia. Wyłączamy zasilanie i wyjmujemy grzałkę z naczynia.
Ponownie ważymy naczynie z gorącą wodą, w celu wyznaczenia masy wody
m p  mn  w  mn  w  
t
,
tw
która w trakcie procesu wrzenia w czasie t zamieniła się w parę wodną.
(11.4)
Obliczamy ciepło pobrane przez wodę w kolejnych przedziałach czasowych t , w
procesie ogrzewania
Q  mwcc T
(11.5)
Q  mp R ,
(11.6)
oraz wrzenia
gdzie c w i R jest odpowiednio ciepłem właściwym i ciepłem parowania wody, a T
przyrostem temperatury w czasie t . Na podstawie wzoru (11.2) obliczamy współczynniki
 sprawności grzałki w kolejnych przedziałach czasowych. Na wykresie przedstawiamy
zależność sprawności  grzałki (lewa oś rzędnych) i temperatury T wody (prawa oś
rzędnych) od czasu t (oś odciętych).
Pomiary i obliczenia powtarzamy dla grzałki o innej mocy lub innego naczynia.
Literatura:
1. Dryński T., Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa (dostępne wydania).
2. Resnick R., Halliday D., Walker J., Podstawy fizyki T.1, PWN, Warszawa (dostępne
wydania).
3. Bobrowski C., Fizyka: krótki kurs, WNT, Warszawa (dostępne wydania).
4. Orear J., Fizyka T.1, WNT, Warszawa (dostępne wydania).