Презентация, доклад на тему Исследовательская работа Расчёт коэффициента полезного действия домашних электронагревательных приборов

Шенталинский Самарской области

Исследовательская работа
«Расчёт коэффициента полезного действия домашних электронагревательных приборов»
Выполнил ученик 9
класса Сидоров Артём
Руководитель: учитель
физики Фомин В.Н.
ст. Шентала 2016

развитие техники далеко ушло вперед. Люди до того привыкли к этим «диковинам», что перестали уделять внимание, пропуская мимо глаз, все то, что их окружает. Не многие знают, как работают электрические устройства, которыми они пользуются. В магазинах представлен большой ассортимент электронагревательных приборов, и я решил сравнить стоимость приборов с их качеством, именно поэтому я исследовал КПД электронагревательных приборов.

электронагревательных приборов.
Провести практическую часть и проанализировать полученный результат.

I2, сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:
Q = I2 Rt
Если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в Омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. Количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока

работа выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени.
P=Q/t
Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:
P=I*U
Мощность измеряется в ваттах

преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:
n= A/Q
где А— полезная работа,
Q - затраченная работа
В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы или равен ей, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии

характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе.
КПД первого типа в соответствии с характером преобразования энергии может быть механическим, термическим и т. д.
Ко второму типу относятся общий, экономический, технический и др. виды КПД. Общий КПД системы равен произведению частных кпд, или кпд ступеней

количественную оценку теплового— физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока— физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году— физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем— физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году— физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцом.
В словесной формулировке звучит следующим образом:
«мощность«мощность тепла«мощность тепла, выделяемого в единице объёма«мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока«мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля».
Математически может быть представлен в следующей форме:
W=S*E=o*E2
где w— мощность выделения тепла в единице объёма, S — плотность электрического тока, Е — напряжённость электрического полягде w— мощность выделения тепла в единице объёма, S — плотность электрического тока, Е — напряжённость электрического поля, σ— проводимость среды.

к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощностьПри передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергииПри передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергии, понижая в результате силу тока. Однако, повышение напряжения снижает электробезопасность линий электропередачи.
Для применения высокого напряжения в цепи для сохранения прежней мощности на полезной нагрузке приходится увеличивать сопротивление нагрузки. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно. Сопротивление проводов (Rпр) можно считать постоянным. А вот сопротивление нагрузки ( Rc ) растёт при выборе более высокого напряжения в сети. Также растёт соотношение сопротивления нагрузки и сопротивления проводов. Q= Rпр* I^2 Q= Rс *I^2 Ток в сети для всех сопротивлений постоянен. Следовательно, выполняющиеся соотношения в каждом конкретном случае являются константами. Следовательно, мощность, выделяемая на проводах, обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, то есть уменьшается с ростом напряжения, откуда следует, что в каждом конкретном случае величина является константой, следовательно, тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе.

электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.
За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент— проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихромЗа счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент— проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен .

электрического чайника и электроводонагревателя.
В инструкциях к приборам эти данные не указаны. Когда я измерил КПД чайника, стало интересно сравнить кпд различных чайников. В результате получилась данная работа.
Я взял различные чайники, максимальное количество воды и максимальную мощность, на которую рассчитан прибор.

электрического тока проводник нагревается. При этом электрическая энергия преобразуется в тепловую. Эта энергию используется в данном случае для нагревания воды. Часть энергии расходуется бесполезно (теряется) на нагревание самого чайника (или сосуда, в котором находится вода), окружающего воздуха. Коэффициент полезного действия электрического чайника и кипятильника показывает, какая часть всей энергии идет на нагревание воды.
Чем больше КПД, тем эффективнее работает прибор.
Коэффициент полезного действия электрического чайника и электронагревателя можно рассчитать по формуле:
1) (1)
где Q – количество теплоты необходимое для нагревания воды (полезное количество теплоты), А – работа электрического тока (затраченная работа).
 2) , (2)
где с – удельная теплоемкость воды (4200 Дж/кг °C),
V – объем воды, ρ – плотность воды (1000 кг/м3),
t2, t1 – конечная и начальная температуры воды при нагревании.
t2 = 100 °C (в электрочайниках вода закипела), .
  3) A = P·t, (3)
P – потребляемая прибором мощность, t – время закипания

водой известного объема
Измерить начальную температуру воды термометром
Включить чайник и довести воду до кипения. Измерить время закипания.
Рассчитать количество теплоты, которое потребовалось для нагревания воды по формуле (2).
Рассчитать работу электрического тока по формуле (3).
Рассчитать КПД по формуле (1).
Провести измерения для водонагревателя и для чайников различных фирм. Результаты занести в таблицу и сделать выводы

КПД электроводонагревателя оказался достаточно большим, и сравним с КПД чайников. Как я и ожидал КПД чайников мало отличаются друг от друга. Самый большой КПД у чайников «Siemens» и «Bork».
В чайнике «Braun» было небольшое количество накипи, его КПД оказался самым маленьким. Я думаю, что именно присутствие накипи значительно снижает КПД.
Проанализировав полученные результаты, я составил диаграммы, которые показывают зависимость качества прибора от его цены. (Цифрами на диаграммах представлены чайники в той последовательности, в которой они указаны в таблицы выше).

основан на законе Джоуля-Ленца .
Данная работа может быть использована в качестве дополнительного материала при изучении темы КПД в 8 и 10 классах, а так же потенциальным покупателям поможет при покупки электронагревательных приборов.
В ходе моей исследовательской работы я вычислил КПД электронагревательных приборов, сравнил полученные результаты между собой и сделал выводы. В процессе работы я достиг всех целей и задач, поставленных мною выше. Работа оказалась интересной и увлекательной.

Дрофа, 2011.
3. Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 8
4. Общий курс физики (в 5 томах) Год выпуска: 2002-2005 Автор: Сивухин Д.В. Издательство: ФИЗМАТЛИТ/МФТИ — т. 3. Электричество.
5. Лабораторный практикум по курсу "Основы научных исследований" : методическое пособие / ВСГТУ ; сост. А. Б. Буянтуев. - Улан-Удэ : Издательство ВСГТУ, 2001.