Transcript Angelika Fornalczyk

Część eksperymentalna konkursu:
1. APARATURA
niezbędna do wykonania doświadczenia.
1.1 Elementy aparatury

Standardowa
świeczka o
sugerowanych
wymiarach

Taśma izolacyjna


Aluminiowa puszka
po zaizolowaniu
Aluminiowa puszka o
pojemności 0,33 l
1.2 Schemat aparatury
1.3 Wygląd aparatury

By zmniejszyć
straty energii
aluminiową
puszkę
zaizolowano. Za
podstawkę
posłużyło mi
odpowiednio
zmodyfikowane
gliniane
naczynie z
zaizolowanymi
nóżkami.
1.4 Narzędzia pomiarowe

STOPER W TELEFONIE
KOMÓRKOWYM

TERMOMETR O 100˚
SKALI
2. MOC ŚWIECZKI
- zadanie, przebieg i wyniki eksperymentu.
2.1 Zadanie
Wyznacz moc świeczki, korzystając
z wyników doświadczenia.
2.2 Przebieg doświadczenia
Do puszki wlano 0,2 litra uprzednio
naszykowanej wody kranowej o odnotowanej
temperaturze początkowej.
 Puszkę umieszczamy na przygotowanej
podstawce nad palącą się świeczką. W tym
samym momencie włączamy stoper.
 Pomiar będzie trwał odpowiednio 4, 6 i 8
minut. Za każdym razem procedura jest
identyczna.
 Uwaga- podczas doświadczenia 2-3 razy
przemieszano wodę w celu otrzymania
prawidłowego wyniku.

2.3 Wyniki doświadczenia
NUMER
POMIARU
MASA
WODY
[KG]
TEMPERATURA
POCZĄTKOWA
[K]
TEMPERATURA
KOŃCOWA
[K]
RÓŻNICA
TEMPERATUR
∆T
CZAS [S]
1.
0,2
300,5
302
1,5
240
2.
0,2
307,5
309,5
2
360
3.
0,2
303
306,5
3.5
480
2.4 Wykres

Zależność ∆T (różnica temperatury końcowej i
początkowej) do czasu .
2.5 Szacowanie błędów
W celu oszacowania błędów pomiarowych umieszczono pod wykresem
prognozowaną linię trendu.
3.75
3
3.5
3.25
RÓŻNICA TEMPERATUR
3
2.75
2.5
2.25
2
2
Series1
1.75
1
Linear (Series1)
1.5
1.25
1
0.75
0.5
0.25
0
0
100
200
300
CZAS
400
500
600
Różnica między pomiarem 1, 2, 3 ( punkt 1, 2, 3), a
wartością linii trendu w tym samym czasie wynosi
odpowiednio:
Dla pomiaru 1:
∆T’ = ∆T - ∆T”
∆T’ = 1,5 – 1,35 = 0,15
Dla pomiaru 2:
∆T’ = ∆T - ∆T”
∆T’ = 2 – 2,35 = - 0,35
Dla pomiaru 3:
∆T’ = ∆T - ∆T”
∆T’ = 3,5 – 3,35 = 0,15
, gdzie:
∆T – różnica temp.
doświadczalna
∆T’ – różnica między wynikiem
doświadczalnym, a linii
trendu
∆T” – różnica temp. linii trendu
Obliczanie błędu pomiarowego (x):
x= (0,15 + 0,35 + 0,15) : 3 = 0,21(6) ≈ 0,217
2.6 Wzory
k∆Q = c ∙ m ∙ ∆T
𝒌∆𝑸
∆𝑻
=c∙m∙
∆𝒕
∆𝒕
∆𝑬 𝒌∆𝑸
P= =
∆𝒕
∆𝒕
,gdzie
k∆Q - ciepło przekazane wodzie 0 < k < 1
c - ciepło właściwe wody [J/(kg ∙ K)]
m - masa wody [kg]
∆T - różnica temperatur
P – moc świeczki [W]
∆t – czas [s]
∆E – energia [J]
2.7 Obliczenia
1)
Obliczanie średniej arytmetycznej ∆T doświadczalnej.
Uwzględnienie błędu pomiarowego.
∆TŚR = (∆T1 + ∆T2 + ∆T3) : 3 = (1,5 + 2 + 3,5) : 3 = 2,(3) ≈ 2, 333
∆TC = [(∆TŚR – X ) + (∆TŚR + X)] : 2 = 2,333
Czas
∆t= (t1 + t2 + t3) : 3 = (240 +360 +480) : 3 = 360 s
3) Obliczanie k∆Q
k∆Q = c ∙ m ∙ ∆Tc
k∆Q = 4200 ∙ 0,2 ∙ 2,333 = 1959,72 J
4)
Wyznaczenie mocy
2)
P=
𝑘∆𝑄
∆𝑡
=
1959,72
360
= 5, 443(6) ≈ 5, 444 W
2.8 Wnioski
Z obliczeń w punkcie 2.7 wynika, że moc
wydzielana przez świeczkę w czasie 360
sekund potrzebna do ogrzania 0,2 litra wody o
2, 333˚ wynosi w przybliżeniu 5, 444 W. Jest to
niewiele porównując do mocy standardowej
żarówki o średniej mocy 60/100 W.
3. SPRAWNOŚĆ ŚWIECZKI
- zadanie, pomiary, wyliczenia.
3.1 Zadanie
Wyznacz sprawność świeczki porównując
otrzymaną doświadczalnie moc z
energią spalania świeczki w określonym
czasie.
3.2 Zasady pomiaru
Do pomiaru
użyto wagę
kuchenną.
Wyniki podane
są w gramach.
Masę foremki
świeczki
pominięto.
3.2 Wyniki pomiaru
MASA PIERWOTNA ŚWIECZKI.
MASA ŚWIECZKI PO 1H SPALANIA.
3.3 Wzory
∆𝑸
∆𝒕
=
k=
𝒒𝒔 ∙ ∆𝑴𝒔
∆𝒕
𝒄∙𝒎
𝒒𝒔
∆𝑻
∆𝒕𝟏
∆𝑴𝒔
∆𝒕𝟐
, gdzie:
qs – ciepło spalania
parafiny, które wynosi
4200 kJ/kg ( źródło:
www.thefutureisours.ca )
∆Ms – zmiana masy świeczki
∆t1– czas ogrzewania wody
[s]
∆t2 – czas spalania świeczki
w drugiej części
eksperymentu [s]
C – ciepło właściwe wody
[J/ (kg ∙ K)]
m- masa podgrzewanej
wody [kg]
3.4 Obliczenia
k=
𝟒𝟐𝟎𝟎 ∙ 𝟎,𝟐
𝟒𝟐𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎
∙
𝟐,𝟑𝟑𝟑
𝟑𝟔𝟎
𝟎,𝟎𝟎𝟐
𝟑𝟔𝟎𝟎
=
𝟎,𝟐
𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎
∙
𝟐,𝟑𝟑𝟑
𝟏
∙
𝟏𝟎
𝟎,𝟎𝟎𝟐
=
𝟒,𝟔𝟔𝟔
𝟐𝟎
= 0,233
Sprawność świeczki (a raczej całego układu) wynosi
0,233, co oznacza, że ponad 23% całkowitej mocy
świeczki jest mocą użyteczną.
3.5 Wnioski
Otrzymana sprawność układu (23,3%) to
wynik zadowalający, zważając na
specyfikę świeczki, której do spalania
potrzebny jest tlen, co znacznie utrudnia
dokładną izolację układu.
4. PODSUMOWANIE
Jak wynika z powyższego sprawozdania, jak najbardziej
możliwe jest obliczenie w sposób doświadczalny moc
i sprawność świeczki. Otrzymane wyniki z pewnością
nie są dokładne, ale cały eksperyment sprawia, że
fizyka da się lubić.
5. DOŚWIADCZENIE WYKONAŁA:
Angelika Fornalczyk, uczennica klasy drugiej
Samorządowego Liceum Ogólnokształcącego im.
Romualda Traugutta w Zgierzu.
Zgierz, 28.03.2013