Термодинамика в действии

Мастер-класс по физике

на тему

« ТЕРМОДИНАМИКА В ДЕЙСТВИИ»

с гр. МЦИ-10-22

Преподаватель физики

Галеева Светлана Евгеньевна

г. Уфа

2023 год

2

3

Техника безопасности при работе с электроприборами.

При эксплуатации электрического чайника ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

• Погружать электрический чайник или его подставку в воду.
• Наливать воду в электрический чайник, когда она находится на подставке.
• Использовать электрический чайник без воды или наполненного водой ниже минимального, а также выше максимального уровня.

Цель данной работы

4

Система и окружение

5

Цель данной работы

6

1)расширить знания об электроприборах, их устройстве, назначении, правилах безопас­ной работы;

2) научиться правильно читать характеристики электроприборов, рациональному использованию и правильному подключению бытовых элек­троприборов,

3) отработать умения применять предметные знания в условиях решения экспериментальных задач.

1. Исследовать характеристики электрического чайника.

2. Провести опытные измерения показателей и проверить зависимость КПД от ряда факторов.

3. Сравнить полученные результаты с известными заводскими.

4. Выяснить, каковы ключевые критерии выбора электрочайников.

Задачи:

Знакомство с измерительным прибором

7

Основная практическая часть

8

Оборудование: электрический чайник, источник электрического тока (розетка электропроводки), водопроводная вода, термометр, часы с секундной стрелкой (секундомер), таблица (справочник по физике), калькулятор.

Для опыта выбран чайник модели Tefal.

Производителем для неё заявлены следующие характеристики:

1) объём чайника — 1,6 л;

2)заявленная мощность производителя — 2000-2400 Вт;

3)тип нагревательного элемента — закрытая спираль;

4)покрытие нагревательного элемента — нержавеющая сталь.

Порядок выполнения работы:

  Электрический чайник отключен от электрической сети.

Берем в руки пустой чайник, переворачиваем его, изучаем

характеристики чайника, записываем значение мощности

нагревательного элемента.

• Знакомимся с техникой безопасности при работе с электроприборами.
• Открываем крышку чайника, наливаем в него воду из крана объемом 1 литр /1,5 литра
• Термометр помещаем в чайник с водой.
• Измеряем температуру воды в чайнике.
• Плотно закрываем крышку чайника.
• Ставим чайник на платформу.
• Включаем чайник и засекаем время по часам. Вода в чайнике нагревается. Следим за показаниями часов.
• Отмечаем момент отключения чайника (после пройденного времени), записывания значение конечной температуры воды.
• Убираем в сторону электрочайник и только затем приступаем к расчетам.
• Используем формулы, необходимые для расчета.

9

10

Необходимые расчеты:

• Рассчитываем работу электрического тока по формуле А = Р*t ,

где А – работа электрического тока; Р – электрическая мощность нагревательного прибора; t – промежуток времени, в течение которого нагревается вода.

2. Вычисляем количество теплоты по формуле Q = cm*(t 2 - t 1 ), где с – удельная теплоёмкость воды, m – масса воды, t 2 – конечная температура воды, t 1 – начальная температура воды.

3. Рассчитываем коэффициент полезного действия нагревательного элемента электрического чайника по формуле ŋ = Q/A*100%.

4. Результаты опытов и вычислений записываем в протокол исследования .

11

Протокол исследования (образец):

Показание значения амперметра (ток) , А

Показания значения вольтметра (напряжение), Вт

Начальная температура воды t 1 , 0 С

Конечная температура воды t 2 , 0 С

Время нагревания воды t, с

18

Работа электрического

18

тока А, Дж

?

?

Количество теплоты Q, Дж

?

Объем воды в чайнике (л)

?

240000

264480

172200

172200

1,5

0,5

Таблицы удельной теплоемкости и плотности веществ

12

Пример расчета

13

Для вычисления мощности нам понадобятся такие величины, как:

1)удельная теплоёмкость воды — c — равная 4180 Дж/кг*С °,

2) масса воды — m — равная произведению объёма воды на её плотность, равную 1000 кг/м3,

3) начальная и конечная температура воды — t1 и t2,

4) время закипания воды — T.

Формулы:

КПД = Aполезн./Аполн. * 100%

Аполезн. = Q= cm(t2-t1)

Aзатрач. = P*t

Искомые величины:

V = 1 л = 0,001 м3

Т1 = 10 С °

Т2 = ? С°

t = 120 c

Подсчёты:

m = V* ρ,

m = 0,001 м3 * 1000 кг/м3 = 1 кг

Выводы:

1. Мощность соответствует / не соответствует заявленной:

2. Полезная работа всегда получается меньше затраченной, так как часть затраченной работы уходит, а точнее улетучивается в виде пара .

Электрический чайник очень эффективен вследствие высокого КПД; нагревать в нём воду получается намного быстрее, чем в обычном чайнике.

Мощность - параметр данного прибора, который показывает как быстро закипает вода.

Цель нашей работы достигнута - мы рассчитали мощность чайника и сравнили ее с заявленной в технических характеристиках, а также определили КПД чайника , расширили знания об электроприборах, их устройстве, назначении, правилах безопас­ной работы; отработали умения применять предметные знания в условиях решения экспериментальных задач.