Wyznaczanie sprawności grzałki elektrycznej

Wyznaczanie sprawności grzałki elektrycznej
Przyrządy:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Naczynie aluminiowe.
Grzałka elektryczna.
Kuchenka elektryczna.
Woltomierz.
Amperomierz.
Waga laboratoryjna.
Termometr.
Uwaga: Każdorazowo przed wyciągnięciem grzałki z wody należy
upewnić się, że nie płynie przez nią prąd elektryczny.
Przebieg czynności:
1. Ustawić zakres pomiarowy woltomierza na 750 V ~ oraz amperomierza na 20 A ~ .
2. Wyznaczyć masę pustego aluminiowego naczynia mn .
3. Napełnić wodą aluminiowe naczynie do zaznaczonego poziomu. Wyznaczyć łączną
masę naczynia i wody mn  w .
4. Zawiesić na stojaku grzałkę i zanurzyć ją w naczyniu tak, aby jej ebonitowy uchwyt
nie dotykała ścianek naczynia.
5. Zawiesić na stojaku czujnik termometru i zanurzyć go w naczyniu tak, aby jego
metalowy koniec był do połowy zanurzony w wodzie i nie dotykał grzałki, a
plastikowe elementy nie dotykały ścianek naczynia.
6. Włączyć termometr i ustawić jego dokładność pomiaru na T  0.1 C .
7. Podłączyć grzałkę do prądu.
8. Notować w odstępach czasu t  30 s temperaturę wody T oraz napięcie U
i natężenie I prądu przepływającego przez grzałkę. Pomiary wykonywać podczas
ogrzewania wody od temperatury pokojowe do temperatury wrzenia (początek
procesu wrzenia wody określony jest przez moment, w którym po czasie t  30 s
zmiana temperatury wody nie przekracza 0.5 C ).
9. Wyłączyć przełącznikiem zasilanie grzałki i wyjąć ją wraz z termometrem z
naczynia.
10. Wyznaczyć masę naczynia z wodą mn  w .
11. Umieścić w naczyniu grzałkę i termometr. Włączyć zasilanie grzałki i kontynuować
w odstępach czasu t  30 s pomiary temperatury wody T oraz napięcia U
i natężenia I prądu przepływającego przez grzałkę. Pomiary wykonywać podczas
procesu wrzenia, przez czas tw  5 min .
12. Wyłączyć przełącznikiem zasilanie grzałki. Wyjąć grzałkę i czujnik termometru z
naczynia.
13. Wyznaczyć masę naczynia z wodą mn w .
14. Obliczyć średnią masę podgrzewanej wody
mw 
mnw  mn w
 mn .
2
oraz masę m p pary wodnej powstałej w procesie wrzenia w czasie t
m p  mn w  mnw  
t
.
tw
15. Obliczyć przyrosty T temperatury wody w kolejnych przedziałach czasowych t ,
podczas jej ogrzewania do temperatury wrzenia.
16. Obliczyć energię pobraną przez grzałkę
W  UIt
i ciepło pobrane przez wodę w kolejnych przedziałach czasowych t , w procesie
ogrzewania
Q  mwcwT
oraz wrzenia
Q  m p R ,
gdzie c w i R jest odpowiednio ciepłem właściwym i ciepłem parowania wody.
17. Na podstawie wzoru

Q
100%
W
obliczyć wartość współczynnika  sprawności grzałki .
18. Ponownie napełnić zimną wodą aluminiowe naczynie do zaznaczonego poziomu.
Wyznaczyć łączną masę naczynia i wody mn  w .
19. Umieścić naczynie na kuchence elektrycznej.
20. Zawiesić na stojaku czujnik termometru i zanurzyć go w naczyniu tak, aby jego
metalowy koniec był do połowy zanurzony w wodzie, a plastikowe elementy nie
dotykały ścianek naczynia i kuchenki.
21. Podłączyć kuchenkę elektryczną do prądu.
22. Notować w odstępach czasu t  1 min temperaturę wody T oraz napięcie U
i natężenie I prądu przepływającego przez kuchenkę. Pomiary wykonywać podczas
ogrzewania wody od temperatury pokojowe do temperatury wrzenia (początek
procesu wrzenia wody określony jest przez moment, w którym po czasie t  1 min
zmiana temperatury wody nie przekracza 0.5 C ).
23. Wyjąć termometr z naczynia.
24. Wyznaczyć masę naczynia z wodą mn  w .
25. Umieścić naczynie na kuchence elektrycznej i zanurzyć w wodzie termometr.
Kontynuować w odstępach czasu t  1 min pomiary temperatury wody T oraz
napięcia U i natężenia I prądu przepływającego przez kuchenkę. Pomiary
wykonywać podczas procesu wrzenia, przez czas tw  5 min .
26. Wyłączyć zasilanie kuchenki elektrycznej. Wyjąć czujnik termometru z naczynia.
27. Wyznaczyć masę naczynia z wodą mn w .
28. Wykonać obliczenia opisane w punktach 14-17.
29. Przedstawić na jednym wykresie zależności sprawności  grzałki i kuchenki
elektrycznej (lewa oś rzędnych) i temperatur T wody (prawa oś rzędnych) od czasu t
(oś odciętych).
30. Sformułować wnioski.
Tabele pomiarowe:
Uwaga: Pomiary zakończyć po 5 minutach gotowania wody.
t
min : s
0:00
0:30
1:00
1:30
2:00
2:30
3:00
3:30
4:00
4:30
5:00
5:30
6:00
6:30
7:00
7:30
8:00
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
18:30
19:00
19:30
20:00
T
C
U
V 
I
A 
T
C
W
J 
Q
J 

%
–
–
–
–
mn  ....... kg
mn w  ....... kg
mn  w  ....... kg
mn w  ....... kg
mw  ....... kg
m p  ....... kg
t
min 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
T
C
U
V 
I
A 
T
C
W
J 
Q
J 

%
–
–
–
–
mn  ....... kg
mn  w  ....... kg
mn  w  ....... kg
mn w  ....... kg
mw  ....... kg
m p  ....... kg