103. Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение коэффициента полезного действия электрического нагревателя воды» - https://efizika.ru/html5/103/index.html
Цель работы: Определить коэффициент полезного действия электронагревателя, рассчитав количество теплоты, полученное калориметром с водой и количество теплоты, выделившееся в результате прохождения тока через спираль нагревательного элемента.
Оборудование: Калориметр, термометр, мерный цилиндр, источник тока, нагревательный элемент в виде нихромовой спирали, амперметр, вольтметр, электронный секундомер, соединительные проводники.
103. Virtual laboratory assignments in physics «Determination of the efficiency of an electric water heater» - http://efizika.ru/html5/103/index.html.
The purpose of the work: Determine the efficiency of the electric heater by calculating the amount of heat received by the calorimeter with water and the amount of heat released as a result of the passage of current through the spiral of the heating element.
Equipment: Calorimeter, thermometer, measuring cylinder, current source, heating element in the form of a nichrome spiral, ammeter, voltmeter, electronic stopwatch, connecting conductors.
Виртуальная лабораторная работа по физике
Тема: Определение коэффициента полезного действия (КПД) электрического нагревателя воды
Цели работы:
1. Изучить принцип работы электрического нагревателя воды.
2. Определить количество теплоты, выделяемое нагревателем.
3. Рассчитать КПД нагревателя.
Оборудование:
1. Электрический нагреватель воды.
2. Водяной термометр.
3. Электрическая измерительная аппаратура (вольтметр, амперметр).
4. Мерная ёмкость (например, мензурка или бак для воды).
5. Таймер или секундомер.
Теоретическая часть:
Коэффициент полезного действия (КПД) электрического нагревателя можно определить по формуле:
КПД = Q₍полезное) / Q₍затраченное)} × 100%
где:
• Q_(полезное) — количество теплоты, переданное воде,
• Q_(затраченное) — количество энергии, потребляемое нагревателем.
Количество теплоты, переданное воде, можно вычислить по формуле:
Q_(полезное) = mcΔ T
где:
• m — масса воды (в кг),
• c — удельная теплоёмкость воды (примерно 4200 Дж/(кг·°C) ),
• Δ T — изменение температуры воды (в °C).
Энергия, потребляемая нагревателем, определяется как:
Q_(затраченное) = U ⋅ I ⋅ t
где:
• U — напряжение (в В),
• I — сила тока (в А),
• t — время работы нагревателя (в секундах).
Ход работы:
1. Подготовка:
• Заполните мерную ёмкость известным количеством воды (например, 1 литр).
• Измерьте начальную температуру воды с помощью термометра.
2. Измерения:
• Подключите электрический нагреватель и включите его.
• Запустите таймер и фиксируйте время работы нагревателя.
• Через определённое время (например, 5-10 минут) выключите нагреватель и измерьте конечную температуру воды.
3. Сбор данных:
• Запишите начальную и конечную температуры воды.
• Измерьте напряжение и силу тока, проходящие через нагреватель в момент его работы.
4. Расчёты:
• Рассчитайте массу воды m (1 литр = 1 кг).
• Определите изменение температуры Δ T = T(конечная) - T(начальная) .
• Вычислите Q(полезное) с помощью формулы Q(полезное) = mcΔ T .
• Рассчитайте Q_(затраченное) = U ⋅ I ⋅ t .
• Найдите КПД по формуле КПД = (Q(полезное))/(Q(затраченное)) × 100% .
5. Анализ результатов:
• Сравните полученное значение КПД с теоретическими значениями.
• Обсудите возможные источники ошибок и способы их минимизации.
Заключение:
На основе проведённых измерений и расчётов сделайте вывод о том, насколько эффективно работает электрический нагреватель воды. Обсудите факторы, влияющие на КПД и возможности его повышения.
Примечания:
• Убедитесь в безопасности при работе с электрическим оборудованием и горячей водой.
• Если возможно, проведите несколько опытов для повышения точности результатов.
Контрольные вопросы:
- Какие факторы влияют на КПД нагревателя?
- Почему реальный КПД всегда меньше 100%?
- Как можно повысить КПД в данной работе?
(Для выполнения работы в виртуальном формате можно использовать онлайн-симуляторы, например, Efizika или другие платформы для моделирования физических экспериментов.)
Если у вас есть конкретные данные или параметры виртуальной установки, можно адаптировать расчёты под них.
