Część eksperymentalna konkursu:

1. APARATURAniezbędna do wykonania doświadczenia.

1.1 Elementy aparatury

Standardowa świeczka o

sugerowanych wymiarach

Taśma izolacyjna

Aluminiowa puszka

o pojemności 0,33 l

Aluminiowa puszka po zaizolowaniu

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 POMIAR

U

MASA WODY [KG]

TEMPERATURA

POCZĄTKOWA [K]

TEMPERATURA

KOŃCOWA [K]

RÓŻNICA TEMPERAT

UR ∆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 błędówW celu oszacowania błędów pomiarowych umieszczono pod wykresem

prognozowaną linię trendu.

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

Obliczanie błędu pomiarowego (x):x= (0,15 + 0,35 + 0,15) : 3 = 0,21(6) ≈ 0,217

, gdzie:∆T – różnica temp.

doświadczalna∆T’ – różnica między wynikiem

doświadczalnym, a linii trendu

∆T” – różnica temp. linii trendu

2.6 Wzory

,gdzie k∆Q - ciepło przekazane wodzie 0 < k < 1c - ciepło właściwe wody [J/(kg ∙ K)]m - masa wody [kg]∆T - różnica temperatur P – moc świeczki [W]∆t – czas [s]∆E – energia [J]

k∆Q = c m ∆T ∙ ∙ 𝒌∆𝑸∆𝒕 = c m ∙ ∙ ∆𝑻∆𝒕

P = ∆𝑬∆𝒕 = 𝒌∆𝑸∆𝒕

2.7 Obliczenia1) 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 = 2,3332) Czas∆t= (t1 + t2 + t3) : 3 = (240 +360 +480) : 3 = 360 s3) Obliczanie k∆Qk∆Q = c ∙ m ∙ ∆Tc

k∆Q = 4200 ∙ 0,2 ∙ 2,333 = 1959,72 J4) Wyznaczenie mocy

P = 𝑘∆𝑄∆𝑡 =

1959,72360 = 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, 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]

∆𝑸∆𝒕 = 𝒒𝒔 ∙ ∆𝑴𝒔∆𝒕

k = 𝒄 ∙ 𝒎𝒒𝒔 ∆𝑻∆𝒕𝟏∆𝑴𝒔∆𝒕𝟐

3.4 Obliczenia

Sprawność świeczki (a raczej całego układu) wynosi 0,233, co oznacza, że ponad 23% całkowitej mocy

świeczki jest mocą użyteczną.

k = 𝟒𝟐𝟎𝟎 ∙ 𝟎,𝟐𝟒𝟐𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 ∙

𝟐,𝟑𝟑𝟑𝟑𝟔𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟐𝟑𝟔𝟎𝟎 = 𝟎,𝟐𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎 ∙ 𝟐,𝟑𝟑𝟑𝟏 ∙

𝟏𝟎𝟎,𝟎𝟎𝟐 = 𝟒,𝟔𝟔𝟔𝟐𝟎 = 0,233

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. PODSUMOWANIEJak 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