Тепловой эквивалент электрической энергии

 

цель работы

 

Экспериментально определить тепловой эквивалент электрической энергии.

 

ЗАДАНИЕ

 

1. Определить электрическую энергию, подводимую к нагревателю.

2. Определить количество тепла, полученного от нагревателя водой.

3. Вычислить значение теплового эквивалента электрической энергии.

4. Сделать выводы по работе.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

Первый закон термодинамики является частным случаем всеобщего закона сохранения энергии применительно к тепловым явлениям, протекающим в термодинамических системах.

Закон сохранения и превращения энергии гласит, что в изолированной системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной. Из него следует, что уменьшение какого-либо вида энергии в одной системе, состоящей из одного или множества тел, должно сопровождаться увеличением энергии в другой системе тел.

Способность превращения механической энергии или работы в тепловую известна из жизненного опыта с древних времен. Практическое же доказательство возможности превращения теплоты в работу было дано на первых паровых машинах, работающих за счет теплоты, получаемой при сгорании топлива в топке парового котла.

Количество теплоты, как всякого другого вида энергии, измеряемо; его технической единицей служит джоуль - количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1 °С. Технической единицей работы также является джоуль.

Согласно закону сохранения энергии, теплота и работа эквивалентны и могут переходить одна в другую. Так как количество теплоты Q и работа L измеряются в одних и тех же единицах, то

Q = L,

где Q - количество тепла, превращенное в работу,

L - работа, полученная за счет теплоты.

Или

Q = AL.

Постоянный коэффициент A = Q / L носит название теплового эквивалента работы. Тепловой эквивалент работы - величина размерная и зависит от системы единиц, выбранной для теплоты и работы.

Промышленной единицей электрической энергии является киловатт-час. Где киловатт - промышленная единица электрической мощности. Согласно этому количество тепла, эквивалентное одному киловатт-часу электрической энергии носит название теплового эквивалента электрической энергии.

Опытами установлено, что 1 кВт ч = 3.6´10⁶ Дж, т.е. А_эл = 3.6 Дж/кВт ч.

В установленном соотношении теплоты и работы говорится не только об их эквивалентности, т.е. о количественном постоянстве энергии, но и об изменении качества самой энергии.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

 

 

Рисунок. Схема экспериментальной установки

 

Экспериментальная установка представляет собой калориметр 1, заполненный водой, которая перемешивается с помощью мешалки 5. Внутрь калориметра помещен электронагреватель 2, мощность которого регулируется переключателем 8.

При включении нагревателя в сеть тепло от него передается воде, залитой в калориметр. Температура воды определяется по показаниям термометра 7, а уровень - с помощью водомерного стекла 9.

Количество электрической энергии W_н в кВтч, подводимая к нагревателю, измеряется по показаниям амперметра 3 и вольтметра 4 за определенный промежуток времени, отмеряемый секундомером 6.

Следует отметить, что не вся теплота от нагревателя отдается воде, часть ее идет на нагревание стенок калориметра, мешалки и нагрев воздуха, окружающего калориметр.

Для практических расчетов на данной установке можно принять, что 90% теплоты, выделенной электрическим нагревателем, идет на нагревание воды. Т. е. количество электрической энергии, воспринятое водой, будет

W_в = 0.9W_н .

Теплоту, полученную водой, можно определить, зная количество воды в калориметре G, кг, удельная теплоемкость воды с, Дж/(кг×К) и средние температуры воды в калориметре в начале и в конце процесса нагревания t₁ и t₂ . (G = 15 кг, с = 4.19 кДж/(кг×К).

 

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

 

1. Определить количество электрической энергии (кВт ч), подведенное к нагревателю и затраченное на нагрев воды:

,

W_в = 0.9W_н.

2. Определить количество теплоты (Дж), полученное водой

Q_в = G_c(t₂ - t₁)

3. Вычислить значение теплового эквивалента электрической энергии (Дж/кВт ч).

.

4. Повторить опыт при новом значении t, t₁, t₂, заданных преподавателем.

5. Определить среднее значение теплового эквивалента электрической энергии.

6. Определить погрешности найденного в опыте значения коэффициента теплового эквивалента электрической энергии и табличного значения (%).

.

7. Сделать вывод по работе.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ [1 - 3]

 

1. О чем гласит уравнение первого закона термодинамики?

2. Что понимается под внутренней энергией?

3. Что называется работой?

4. Какие вы знаете частные случаи уравнения первого закона термодинамики?

5. По какой диаграмме можно определить величину работы?

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Сушков В.В. Техническая термодинамика.- Л.:Госэнергоиздат,1996.-375 с.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача.- М.: Высш.школа, 1975.- 496 с.

3. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.- М.: Энергия,1973.- 344 с.

РАБОТА № 7