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

10383. Основные идейно-политические теории в современном мире 51 KB
  Основные идейно-политические теории в современном мире. Политическая теория от греч. theoria наблюдение исследование система знаний идей о политике отражающая и характеризующая процессы и явления политической жизни общества международных отношений и определенны...
10384. Развитие политической мысли в России 28 KB
  Развитие политической мысли в России. Формирование государственности у славян осуществлялось на протяжении длительного времени. Одним из ранних источников в котором уделяется значительное место решению политикоправовых проблем является Слово о законе и благодати
10385. Лоббизм в политике 24.5 KB
  Лоббизм в политике. Лоббизм это различные формы и методы воздействия бизнеса других общественных групп на представителей законодательной и исполнительной властей в целях добиться от них принятия выгодных для себя решений. Конечно же лоббизм практикуется и в рам...
10386. Современный политический экстремизм и его проявления 25 KB
  Современный политический экстремизм и его проявления. Развитие всех современных идейнополитических направлений осложняется наличием в обществе весьма активного экстремизма. Экстремистскими называют разные идейнополитические течения: неофашистские и троцкистс...
10387. Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва 243.5 KB
  Тема: Періодична система хімічних елементів д. і. менделєєва Навчальна мета: розгляути характер руху електрона; ввести поняття орбіталь енергетичний рівень і енергетичний підрівень; розглянути та проаналізувати правила заповнення електронних шарів атомів хімі
10388. Оксиген як хімічний елемент. Кисень проста речовина 43.5 KB
  Оксиген. Кисень Тема. Оксиген як хімічний елемент. Кисень проста речовина. Оксиген у природі. Фізіологічна дія кисню. Добування кисню в лабораторії. Каталізатори. Фізичні властивості кисню. Мета. Навчити учнів за планом давати характерис
10389. Хімія та екологія 82.5 KB
  Дата: Тема: Хімія та екологія. Мета: навчальна: ознайомити учнів з екологічними проблемами дати поняття основним чинникам та джерелам забруднення їх впливу на довкілля; виховна: виховувати вміння вести бесіду самостійно конструювати свої знання орієн
10390. Ізомерія етиленових вуглеводнів, номенклатура. Розв’язування тренувальних вправ на написання ізомерів 36.5 KB
  Тема: Ізомерія етиленових вуглеводнів номенклатура. Розвязування тренувальних вправ на написання ізомерів. Навчальна мета: ознайомити з новим видом ізомерії за положенням кратних звязків, продовжувати розвивати уміння складати структурні формули за назвами речо
10391. Нітратна кислота та її солі - нітрати 84.5 KB
  Мета: поглибити знання учнів про нітратну кислоту розглянути властивості нітратної кислоти зумовлені наявністю в її складі атома Нітрогену у найвищому ступені окиснення а саме її взаємодію з металами підкреслити небезпечність концентро...