Elektronická učebnice

Měření účinnosti rychlovarné konvice

Teoretická příprava

K ohřátí vody se využívá Jouleovo teplo vznikající při průchodu elektrického proudu kovovým vodičem. V našem případě lze toto teplo chápat jako teplo, které přijme voda v konvici o hmotnosti m při zvýšení teploty z t_v na t₀. Uvedený vztah je:

$Q=m\cdot c\cdot (t_v-t_0)$

Účinnost rychlovarné konvice lze vyjádřit vztahem:

$\eta =\frac{Q}{E_0}=\frac{m\cdot c\cdot (t_v-t_0)}{P_0\cdot \tau }$

jako podíl Jouleova tepla Q a odebírané energie E₀ spotřebované konvicí.

Měrná tepelná kapacita vody je c = 4,18 kJ.kg^-1.K^-1.

Hmotnost vody se vypočítá vztahem:

$m=V\cdot \varrho$ .

Hustota vody je ρ = 1000kg.m^-3.

Počáteční teplota vody je t₀.

Teplota vody při vypnutí konvice je t_v.

Průměrný příkon konvice P₀ zjistíme ze štítku na konvici.

Doba provozu konvice je $\tau$ .

Účinnost konvice se značí η.

Množství odebrané energie, kterou potřebuje konvice ke svému provozu po dobu $\tau$ se vypočítá ze vztahu:

$\dpi{120} E_0=P_0\cdot \tau$

1kWh odebrané elektrické energie je množství energie, které odebíráme 1 hodinu při příkonu 1kW. Tedy platí převodní vztahy pro jednotky energie:

$1 kWh=1kW.1h=1000W.3600s=3600000Ws=3600000J=3,6MJ$

Pomůcky

LabQuest s počítačem a programem LoggerPro systému Vernier, teploměr GO!Temp, varná konvice, odměrný válec.

obrazek Obr. 1: Pomůcky

Úkoly

Zakreslete do grafu závislost teploty na čase a vyznačte v grafu počáteční a koncovou teplotu.
Zapište si příkon konvice P₀ z její spodní strany.
Z grafu nebo tabulky odečtěte hodnoty počáteční t₀ a konečné teploty t vody a doby ohřívání $\tau$ .
Vypočítejte účinnost konvice pro dolní i horní mez příkonu konvice.
Vypočítejte z množství odebrané energie, kolik stojí ohřátí zvoleného množství vody, jestliže 1 kWh stojí přibližně 5 Kč.

Postup práce

Odměříme vodu o objemu 200ml odměrným válcem a nalejeme ji do konvice.
Připojíme čidlo teploměr na vstup CH1, vložíme teploměr do vody v konvici.

Obr. 2: Sestavení pokusu

Spustíme program LoggerPro tlačítkem sběr dat.

Obr. 3: Měření

Nastavíme parametry měření (experiment-sběr dat) – dobu měření 60 sekund, frekvenci měření 4x za sekundu.
Spustíme program LoggerPro tlačítkem sběr dat a zapneme konvici.
Po proběhnutí experimentu vypneme konvici.

Obr. 4: Graf závislosti teploty na čase

Zdroje

Www.youtube.com: Výkon 40. Www.youtube.com [online]. 2014 [cit. 2015-01-11]. Dostupné z: https://www.youtube.com/watch?v=Wd3sXQ8WQeY
Jednotky.cz: Převody jednotek. Www.jednotky.cz [online]. 2002 [cit. 2015-01-11]. Dostupné z: http://www.jednotky.cz/prace-energie/kilokalorie/?hodnota=1
Www.zsondrejov.cz: Výuka - Fyzika 8. třída. Www.zsondrejov.cz [online]. 2009 [cit. 2015-01-11]. Dostupné z: http://www.zsondrejov.cz/Vyuka/F-8/Pr-en_04.pdf
Www.zsondrejov.cz: Výuka - Fyzika 8. třída. Www.zsondrejov.cz [online]. 2009 [cit. 2015-01-11]. Dostupné z: http://www.zsondrejov.cz/Vyuka/F-8/Pr-en_05.pdf