7086

Процеси теплообміну при нагріванні рідини

Лабораторная работа

Физика

Мета роботи: дослідити процеси теплообміну при нагріванні рідини та виявити величину і причини розбіжності результатів експериментального і аналітичного дослідження. Обладнання: експериментальна установка для нагрівання рідини ТА...

Украинкский

2013-01-14

176.31 KB

12 чел.

  1.  Мета роботи: дослідити процеси теплообміну при нагріванні рідини та виявити величину і причини розбіжності результатів експериментального і аналітичного дослідження.
  2.  Обладнання: експериментальна установка для нагрівання рідини ТА – 88; термометр спиртовий з робочим діапазоном вимірювання температур 0-100 С; штатив; секундомір.

Порядок виконання роботи.

  1.  Ознайомилися з конструкцією і принципом дії водонагрівальної установки ТА -88 (рис.1)

рис.1. Схема водонагрівальної установки.

1-корпус, 2- ємність. 3- електронагрівач. 4 – кнопка вмикання живлення, 5 – індикатор живлення. 6 – регулятор нагріву, 7 – індикатор нагріву, 8 – термометр, 9 – штатив.

  1.  Визначаємо початкові дані.

Розраховуємо кількість теплоти, необхідної для нагрівання заданого об’єму рідини від початкової температури t1 до проміжних фіксованих температур

Qi= cm(ti-ti-1), Дж       (1)

Де с – питома теплоємкість рідини (теплоємкість води с=4187 Дж/кг С); m- маса рідини, кг; ti- кінцева (проміжна)  фіксована температура, ̊С,  ti-1- попереднє значення температури.

Qi= 4187*1(21-17)=4187*4=16748 Дж

Розраховуємо час τр1, за який буде досягнута задана температура ti, за формулою:

τрi= Qi/N, с        (2)

де N- потужність електронагрівача, Вт, N= 400 Вт

τр1= 16748/400=41,9 с

Результати розрахунків заносимо в таблицю 1.1.

  1.  Перевіряємо розрахунки експериментально:
  2.  в робочу ємкість установки заливаємо задану кількість рідини, 0,5 кг;
  3.  вмикаємо установку в мережу 220В;
  4.  за допомогою регулятора нагрівання активізуємо нагрів рідини;
  5.  почавши відлік часу за секундоміром з моменту встановлення режиму нагрівання стежимо за допомогою термометра за зростанням температури рідини; фіксуємо за секундоміром час нагрівання через кожні 5 ̊С та записуємо дані в таблицю 1.1.
  6.  при досягненні температурної стабілізації вимикаємо живлення установки.

Порівнюючи час досягнення заданої температури розрахунковий τр та експериментальний τе, визначаємо абсолютну різницю Δτ і результати заносимо в таблицю 1.1

Δτ= Δτе- τр, с

Δτ1=51-41,87=9,13с

Δτ2=46-41,87=4,13с

Δτ3=47-41,87=5,13с

Δτ4=48-41,87=6,13с

          Таблиця 1.1

№ з/п

t,c

Qр, Дж

τр

τе, с

Qе, Дж

Δτ, с

ΔQ, Дж

η, %

ηср, %

1

17

-

-

-

-

-

-

-

-

2

21

16748

41,87

51

20400

9,13

3652

82

87,25

3

25

16748

41,87

46

18400

4,13

1652

91

4

29

16748

41,87

47

18800

5,13

2052

89

5

33

16748

41,87

48

19200

6,13

2452

87

Розраховуємо кількість  теплоти, витраченої на нагрівання заданого об’єму рідини від початкової температури ti до проміжних фіксованих температур за формулою:

Qi= τе N, Дж        (3)

Q1=51*400=20400 Дж

Q2= 46*400=18400 Дж

Q3= 47*400=18800 Дж

Q4= 48*400= 19200 Дж

  1.  За результатами розрахунків та експерименту будуємо графіки залежності: τр=ƒ(t), τе=ƒ(t).

t, с

  1.  Визначаємо величину втрати теплоти в оточуюче середовище

ΔQ=QеQр, Дж

ΔQ1=20400-16748=3652 Дж

ΔQ2= 18400-16748=1652 Дж

ΔQ3=18800-16748=2052 Дж

ΔQ4=19200-16748=2452 Дж

Розраховуємо коефіцієнт корисної дії (ККД) η установки по перетворенню електричної енергії струму у теплову енергію нагрітої рідини за формулою (4) для всіх діапазонів температур і середнє значення:

ηi=( Qр/ Qе) 100%     (4)

η1=(16748/20400)100=82%

η2=(16748/18400)100=91%

η3=(16748/18800)100=89%

η4=(16748/19200)100=87%

Розраховуємо середнє значення ККД:

ηср=(82+91+89+87)/4=87,25%

8. Висновки: в результаті лабораторної роботи ми дослідили процеси теплообміну при нагріванні  рідини і порівнюючи величини результатів експериментального і аналітичного методів дослідження ми побачили, що розрахункова  кількість теплоти необхідної для нагрівання заданого об’єму рідини від початкової температури до фіксованих температур менша від експериментальної кількості теплоти, тому що при експериментальному визначенні,  витрачається теплота в зовнішнє середовище.

9.  Змішуємо нагріту рідиною масою mг=0,5кг з температурою tг=61,5 ̊С і холодну рідину масою mх=0,5 кг, з температурою tх= 17 ̊С. Вимірюємо температуру суміші tсум.

Розраховуємо кількість теплоти Qвід, відданої гарячою рідиною при охолодженні до температури суміші 9використовуючи формулу (1)) і кількість теплоти Qотр, отриману холодною рідиною при її нагріванні до цієї ж температури.

Результати вимірювань і розрахунків заносимо в таблицю 1.2

        Таблиця 1.2

№з/п

mг, кг

mх, кг

tх,  ̊С

tх,   ̊С

tсум,    ̊С

Qвід, Дж

Qотр, Дж

ΔQ, Дж

1

0,5

0,5

17

61,5

37,5

50244

42916

7327

10. Розраховуємо  Qвід та Qотр

Qвід= cmг(tг-tсум), Дж,   Qотр =cmх(tсум- tх), Дж

Qвід=4187*0,5 (61,5-37,5)=50244 Дж

Qотр=4187*0,5(37,5-17)=42916 Дж

ΔQ= 50244-42916=7327 Дж

11. Висновки: в результаті енергообміну гарячої та холодної рідини, ми побачили, що кількість теплоти , відданої гарячою рідиною при охолодженні до температури суміші більша, ніж кількість теплоти, яку отримала холодна рідина при нагріванні її до цієї ж температури.


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЖИТОМИРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

        Гр.. ЗТК – 08.2

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА З ТЕПЛОТЕХНІКИ

№1 «Дослідження процесу нагріву в водонагрівальній лабораторній установці»

КЕРІВНИК:       СТЕПЧІН Я.А.

ВИКОНАВЕЦЬ:      ПРОЦЕНКО І.М.

2008


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74037. Основные тенденции и этапы в развитии отечественной культуры в IX – XX веках 42 KB
  Основные тенденции и этапы в развитии отечественной культуры в IX XX вв. Следующий виток развития культуры связан с крещением Руси. В течение длительного времени до XIX века христианство останется доминантой культуры. В основе этих достижений успехи в развитии материальной и духовной культуры предшествующего периода.
74038. Основные тенденции развития Руси в удельный период 49 KB
  Переход от Киевской Руси к Руси Московской тяжелый период. на Руси начинаются новые процессы характеризующиеся в первую очередь распадом пусть и весьма непрочного но в целом единого до сих пор государства на отдельные фактически самостоятельные земли. Однако вышеназванные причины не слишком удачно объясняют распад Руси.
74039. Монголо-татарское нашествие на Русь. Его последствия. Русь и Орда 44 KB
  Благодаря тому обстоятельству, что большинство окружающих их соседей к этому времени уже преодолели стадию первичной агрессивности, свойственную молодым государствам, и, находясь на стадии политического раздробления, утратили в значительной степени свои способности противостоять сильному и единому противнику
74040. Становление Руси XIV- XV вв. Становление единого российского государства 38 KB
  Успех Дмитрия Донского предопределил основы политики последующих московских князей на третьем этапе (XV в.), которую можно охарактеризовать как собирание русских земель Москвой уже в качестве единоличного лидера, не имеющего себе равных противников.
74042. Реформы Петра I 43 KB
  Реформы Петра I. Реформы проведенные Петром считаются и вполне правомерно одним из важнейших периодов в истории России а самого Петра I даже большинство западных историков характеризует как личность наиболее поразительную в истории Европы после Наполеона как самого значительного монарха раннего европейского Просвещения Виттрам Р. Собственно первые действия Петра I после перехода власти в его руки фактически продолжают линию правительства царевны Софьи как во внутренней так и во внешней политике. Тщетность попыток привлечь...
74043. Основные этапы антропогенеза. Проблемные вопросы антропогенеза 35 KB
  Именно человекаумелого принято считать отправной точкой А. вопрос о критериях человека. Наука различает биологическую и социальную природу человека т. вопрос о прародине человека.
74044. Общая характеристика цивилизаций древнего Востока 59 KB
  Деспотия форма государственного устройства и правления при которой самодержавный властитель неограниченно распоряжается в государстве выступая по отношению к подданным в качестве господина и хозяина форма выживания речных цивилизаций. При этом носитель светской власти считался важнее представителей власти духовной. Объединение всей страны под началом единого царя фараона равного которому по объему власти в то время еще не знало человечество сыграло свою...