PRACOWNIA FIZYCZNA AKADEMII PODLASKIEJ
W SIEDLCACH
			Grupa
Imię i Nazwisko, kierunek studiów
Nr ćwiczenia	Data wykonania	Ocena zaliczenia	Podpis

Temat: Badanie sprawności grzejnika elektrycznego.

1. Schemat obwodu grzejnika.

G

W 220 V R₀

V - woltomierz

A - amperomierz

G - grzejnik

W - wyłącznik

R₀ - opornik suwakowy

Celem doświadczenia jest wyznaczenie sprawności grzejnika elektrycznego η.

η = Q / W *100 %

Energia cieplna zużyta podczas ogrzewania kalorymetru wraz z cieczą

Q = ( m_kּC_k + m_cּC­_c)ּΔT , gdzie

m_k - masa kalorymetru

C_k - ciepło właściwe metalu z jakiego został wykonany kalorymetr (aluminium)

m_c - masa cieczy (nafty)

C_c - ciepło właściwe cieczy (nafty)

ΔT - przyrost temperatury

Praca wykonana przez prąd elektryczny dana jest wzorem

W = UּJּτ ,gdzie

τ - czas ogrzewania

U - napięcie przyłożone

J - natężenie płynącego przez grzejnik prądu

Sprawność grzejnika elektrycznego wyliczymy ze wzoru

2. Przebieg pomiarów.

Rozmieszczamy przyrządy do badania sprawności grzejnika elektrycznego tak jak na rysunku. Następnie zamykamy obwód przy pomocy wyłącznika W, a suwakiem opornika ustawiamy wartość natężenia. Otwieramy wyłącznik W. Odczytujemy temperaturę początkową t₀ = 22 °C. Zamykamy wyłącznik W jednocześnie włączamy stoper. Przepuszczamy prąd przez grzejnik przez okres 13 minut. Odczytujemy co 60 s temperaturę, napięcie i natężenie. Po upływie czasu τ (13 min) otwieramy obwód i zatrzymujemy stoper. Wyniki otrzymanych pomiarów umieszczamy w tabelach.

Tabela 1

T	J	U	ΔT (Ti+1-Ti)	t
°C	A	V	°C	min
30,5	1,65	13,5	8,5	1
40	1,65	13,6	9,5	2
47,5	1,65	13,6	7,5	3
53	1,65	13,6	5,5	4
59	1,65	13,6	6	5
63	1,65	14	4	6
67	1,65	14	4	7
71	1,65	14	4	8
74,5	1,65	13,6	3,5	9
77,5	1,65	13,6	3	10
80	1,65	13,6	2,5	11
83	1,65	13,6	3	12
85	1,65	14	2	13

Tabela 2

mk	Ck	mc	Cc	T0
kg	J/kgּ°C	kg	J/kgּ°C	°C
0,0629	879,9	0,0582	2100	22

Wyznaczmy błędy wielkości mierzonych

Δ m_c - 0,002 kg

Δ m_k - 0,001 kg

Δ T - 0,5 °C

Δ U - 0,75 V

Δ J - 0,015 A

Δ τ - 0,0167 min.

Uśredniamy wartości napięcia i natężęnia

J_śr = 1,65 A

U_śr = 13,715 V

Korzystając ze wzoru (1) obliczamy sprawność grzejnika.

Obliczamy błąd sprawności grzejnika elektrycznego przy pomocy różniczki zupełnej.

Otrzymujemy

Δ η = 14,4949ּ0,001 + 34,592ּ0,002 + 0,6035ּ0,5 +0,21326ּ0,75 + 1,7726ּ0,015 +

+ 0,22499ּ0,0167 = 0,576

Wnioski

Celem doświadczenia było wyznaczenie sprawności grzejnika elektrycznego, przy pomocy którego ogrzewaliśmy naftę w kalorymetrze, a następnie co 60 sekund odczytywaliśmy wartości napięcia, natężenia oraz temperatury cieczy. Ćwiczxenie było wukonywane przez 13 min. Otrzymane pomiary zostały wykorzystane do wyznaczenia sprawności grzejnika elektrycznego. Wyniosła ona 292,495 %. Wynik ten został obarczony błędem ± 0,576 na który wpłynęły między innymi błędne odczyty pomiarów, zaokrąglenia wyników podczas pracy z kalkulatorem oraz niesprawność przyrządów pomiarowych, co spowodowało utratę ciepła na zewnątrz gdyż grzejnik ogrzewający naftę, w której się znajdował nie wszystko ciepło otrzymane w wyniku zmiany energii elektrycznej oddaje tejże cieczy. Część ciepła pobrana została przez obudowę urządzenia grzejnego, które z kolei oddało określoną część energii otoczeniu. Na sporządzonym wykresie zależności temperatury od czasu wyraźnie widać, że w początkowych minutach temperatura badanej cieczy wzrasta szybciej niż w dalszych.