Определение коэффициента полезного действия нагревателя

Лабораторная работа №3

Определение удельного сопротивления проводника

Прохождение электрического тока по проводнику сопровождается нагреванием проводника. Этот факт можно истолковать как результат противодействия направленному движению зарядов в проводнике. Количественной мерой этого противодействия служит величина R, называемая электрическим сопротивлением.

Опыт показывает, что

(1)

где - длина проводника,

- площадь поперечного сечения проводника.

Коэффициент служит характеристикой вещества и называется удельным сопротивлением. В системе СИ удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника в 1 м при площади сечения в 1 м².

Их формулы (1) вытекает

(2)

Сопротивление R можно найти, воспользовавшись электроизмерительными приборами – вольтметром и амперметром. Так, если I – сила тока, показанная амперметром в амперах, а U – напряжение на концах проводника, измеренное вольтметром в вольтах, то сопротивление проводника в омах равно

(3)

Подставив (3) в (2), получим:

(4)

Таким образом, нахождение сводится к определению размеров проводника и к измерению U и I.

Цель работы:

Приобрести навыки работы с электроизмерительными приборами. Определить удельное сопротивление металлического проводника и природу материала, из которого сделан проводник.

Оборудование:

Источник питания.
2. Вольтметр.
3. Амперметр.
4. Ключ.

5. Реохорд – однородная тонкая проволока, натянутая на линейку с делениями.

6. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы

По данному значению диаметра проволоки вычислить площадь сечения:

Собрать электрическую цепь по схеме.

Без проверки цепь не включать.

_А^V

Определить цену деления вольтметра и амперметра. Записать в тетради.
Подвижным контактом Д реохорда установить длину L₁ проволоки, равную 20 см.
Замкнуть цепь. Снять показания вольтметра и амперметра (в делениях). Разомкнуть цепь.
Опыт повторить для L₂= 35 см и L₃=48 см.
Вычислить значение удельного сопротивления для каждого опыта по формуле (4). Определить среднее значение ρ_ср.
Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

№№ пп	d, м	S, м²	L, м	U, В	I, А	ρ, Ом·м			δρ, %
						ρ	ρ_ср	ρ_таб
1
2
3

Сравнивая полученное значение ρ_ср с табличным значением ρ_таб , определить, из какого материала проводник реохорда.
Вычислить относительную погрешность по формуле:

Сделать вывод. Оформить отчёт.

Лабораторная работа №4

Исследование зависимости мощности, потребляемой лампой накаливания, от напряжения на её зажимах

Мощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени:

Так как работа тока на участке цепи может быть определена по формуле , то мощность тока можно вычислить, зная величину тока и напряжения

, (Вт) (1)

Из формулы (1) видно, что мощность тока на участке цепи зависит от напряжения, приложенного к концам этого участка цепи.

Прохождение тока по проводнику обычно сопровождается его нагреванием. Опыт показывает, что сопротивление проводника зависит от температуры, и эта зависимость выражается формулой:

(2)

где - сопротивление проводника при 0ºС (R₀=1 Ом),

- температурный коэффициент сопротивления ( =0,005 ).

Цель работы: опытным путём исследовать зависимость мощности тока от напряжения, определить температуры накала нити лампы при различных напряжениях на её зажимах.

Оборудование: 1. Лампа накаливания на 12 В. 2. Источник питания.

3. Амперметр. 4. Вольтметр. 5. Реостат. 6. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы

Собрать цепь по схеме рис.1.

Источник

питания

Рис. 1.

Движок реостата поставить в среднее положение.

Собранную цепь без разрешения преподавателя или лаборанта не включать!

Замкнуть цепь и при помощи реостата установить наименьшее значение напряжения. Записать показания вольтметра и амперметра.
Постепенно выводя реостат, записывать значения напряжения и силы тока (Устанавливать напряжения на зажимах лампы согласно заданию).
Для каждого значения напряжения вычислить:

А) мощность, потребляемую лампой (формула 1);

Б) сопротивление нити накала лампы (по закону Ома для участка цепи);

в) температуру нити накала (формула 2).

Результаты измерений и вычислений записать в таблицу

№ п	Напряжение , В	Сила тока , А	Мощность , Вт	Сопротивление , Ом	Температура , ºС
1	2
2	4
3	6
4	8
5	10
6	12

Построить график зависимости мощности от напряжения (формат – тетрадный лист).

Р, Вт

0 U, В

Составить отчёт и записать вывод.

Лабораторная работа №5

Определение коэффициента полезного действия нагревателя

Прохождение электрического тока по проводнику обычно сопровождается его нагреванием. Это объясняется тем, что при подключении проводника к источнику тока электроны приобретают дополнительную кинетическую энергию и при столкновении с частицами вещества металла передают им эту энергию, которая идёт на нагревание проводника.

Количество выделенного в проводнике тепла может быть определено по формуле

[Дж] – закон Джоуля – Ленца (1)

где I – сила тока в проводнике, R – сопротивление проводника, t – время прохождения тока через проводник.

Таким образом, проводник с током можно использовать в качестве нагревателя.

При работе нагревателя неизбежно происходит частичный расход выделенной энергии на нагревание самого нагревателя и окружающей среды. Энергия, расходуемая на нагревание тел, для которых используется нагреватель, называется полезной тепловой энергией Q_п. Суммарное количество тепловой энергии, выделяемое нагревателем во время его работы, называется затраченной энергией Q_з.

Число, показывающее, какую часть от всей затраченной тепловой энергии составляет полезная тепловая энергия, называется коэффициентом полезного действия нагревателя.

(2)

Цель работы: опытным путём определить коэффициент полезного действия электрического нагревателя.

Оборудование: 1. Источник тока.

2. Амперметр.

3. Вольтметр.

4. Реостат.

5. Калориметр.

6. Нагреватель (проволочная спираль).

7. Мерный стакан.

8. Термометр.

9. Прибор для измерения времени.

11. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

Собрать цепь по схеме рис.1

_{Источник}

^{питания}

Не включать цепь без разрешения преподавателя или лаборанта!

Определить массу внутреннего сосуда калориметра.
Налить во внутренний сосуд калориметра 150 мл воды. Определить массу воды, используя формулу

(3)

Поместить внутренний сосуд калориметра во внешний, опустить в воду нагреватель.
Замкнуть цепь и при помощи реостата установить ток в цепи

I = А (силу тока указывает преподаватель).

Разомкнуть цепь, извлечь нагреватель, перемешать воду в калориметре и измерить начальную температуру t₁.
Опустить нагреватель в воду, замкнуть цепь, одновременно определяя текущее время. Держать цепь замкнутой в течение

15 минут, поддерживая реостатом заданный ток. Записать

показания приборов, определить R нагревателя.

По истечении времени проведения опыта разомкнуть цепь, выждать, когда перестанет повышаться температура, определить окончательную температуру t₂.
Вычислить: а) количество тепла, поглощённого водой и калориметром

б) израсходованную на нагревание электрическую энергию Q_з.

10. Найти коэффициент полезного действия нагревателя η.

11. Результаты всех измерений и вычислений записать в таблицу.

12. Сделать вывод.

Масса

кг

Температура

°С

Время с

I А

U В

R Ом

Q_п Дж

Q_з Дж

η %

m_к

m_в

t₁

t₂

13. Оформить отчёт.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1256; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!