Лабораторна робота № 5
Визначення потужності. теплоємності і ККД нагрівача.
Мета роботи . визначити потужність, теплоємність води і нагрівача і розрахувати ККД чайника.
Прилади й приналежності: лабораторний комплекс ЛКТ- 9 в складі: електрочайник, вольтметр, манометр. секундомір і мультиметр.
5.1. теоретичне введення
Електричним нагрівачем є ділянку ланцюга, де в результаті більшого, ніж в підвідних проводах. опору виділяється більша кількість теплоти.
Це може бути дріт з великим питомим опором (ніхром і інші сплави, слабо окислюються в повітрі навіть при високих температурах).
Ніхром в повітрі може мати температуру до 1100 ° С, сплави - до 1200 ° С. Для отримання більш високих температур використовують вольфрам (до 2500 ° С), але він легко окислюється, тому його слід поміщати в захисну безкисневому. краще відновну атмосферу (аргон, водень, пари спирту і т. д.).
Якщо необхідно нагрів об'єкта вести в повітрі, то нагрівається об'єкт відокремлюють від спіралі газонепроникної вогнетривкої стінкою (алунд - спечений оксид алюмінію). Але при цьому температура в робочому просторі печі знижується.
Високі температури в повітрі витримують нагрівачі у вигляді стрижнів, спечених з суміші вуглецю і оксидів, наприклад кремнію (сілітовие стрижні, до 1400 ° С), або нагрівачі з дисилицида молібдену. На дуже високі температури і також на окислювальну середу розраховані стрижні з оксиду торію (IV), але вони дорогі і радіоактивні.
Потужність нагрівача при заданій напрузі харчування тим більше. чим менше його опір (Р = U2 / R). Наприклад, чим коротше спіраль і чим товще дріт, тим більше потужність нагрівача і тим більший струм він споживає.
Температура в електричних печах легко регулюється за допомогою автотрансформаторів або реостатів. У цьому перевага електричної печі перед іншими. Для автоматичного регулювання температури в печах використовують контактні термометри, включають і вимикають ланцюг. а також будь-які інші датчики температури з електричним виходом (див. роботу №1), які через підсилювач і виконуючий двигун керують автотрансформатором пли реостатом.
Крім електричних печей з металевим або напівпровідникових нагрівачем, застосовують дугові електропечі, де нагрівачем служить газовий розряд, а також оптичні печі (нагрів світлом або інфрачервоними променями), паливні (нагрів за рахунок горіння вугілля. Нафти, бензину, бутану, водню і т. Д . в топці або пальнику) і атомні, точніше, ядерні (ядерний реактор).
5.2. Опис і пристрій комплексу ЛКТ-9
Мал. 1 Комплект ЛКТ - 9.
Загальний вигляд комплексу ЛКТ-9 наведено на рис.1, приналежності показані на рис.2.
Основний елемент комплексу - електрочайник 8, який використовується в якості водяній лазні, нагрівача і калориметр. Чайник постійного-но підключений до електричної розетки всередині пульта управління, яка через два запобіжники на 10 А з'єднана з кабелем пі-танія, що закінчується вилкою "Євро". Для підключення до розеток "Азія" є перехідник.
Пульт управління установкою дозволяє вимірювати мережеве нап-ряджені вольтметром 2, тиск в досліджуваному обсязі - манометром 3, інтервали часу - секундоміром 5, температуру. опір нагрівача і інші параметри - мультиметром 6.
Рис.2. Приналежності комплексу ЛКТ-9
5.3. Порядок виконання роботи
1. Виміряйте опір R нагрівача (мультиметром), а так же напруга U в мережі при включеному нагрівачі чайника. Зверніть увагу на те, що при включенні чайника мережеве напруга зменшується за рахунок падіння напруги на проводах.
2. Підготуйте два мірних склянки (мензурки) і залийте в кожен по = 1 л холодної води.
3.Залейте в чайник = 1 л холодної води. Через 1-2 хвилини виміряйте температуру залитої води Т1.
4. Увімкніть чайник і за час t1 доведіть воду до кипіння при температурі Т2 Для визначення потужності втрат вимкніть нагрівач і протягом t2 = 3 хвилин простежте за охолодженням води до температури Т3.
5. Для визначення теплоємності чайника вилийте з чайника в мірну склянку гарячу воду з температурою і швидко залийте із другої склянки = 1 л холодної води при температурі. Після заливки вода через 1-2 хвилини прогріється до температури.
6. Експериментальні та розрахункові дані занести в таблицю 1