Potrzebna do podgrzania wody Jej pojemno wynosi 0
* Potrzebna do podgrzania wody. Jej pojemność wynosi 0, 33 litra. *
*Posłużył nam jako izolacja. Został on sklejony taśmą. *
* Posłużyła nam do sklejenia izolacji. *
* Użyte, by przyciąć taśmę oraz styropian. *
* Przykryliśmy nią puszkę obłożoną izolacją. Użyta by ciepło wody w puszce nie uciekało przez górę. *
* Wykorzystany by ciepło stworzone przez świeczkę nie uciekało, a jednocześnie podgrzewało wodę w puszce. Dlatego został on dodatkowo obłożony izolacją. *
* Standardowa, najtańsza świeczka używana w podgrzewaczach czajniczków z herbatą. W aluminiowym pojemniku o kształcie walca o promieniu podstawy około 18 mm i wysokości około 15 mm znajduje się cienki knot zanurzony w stearynie. *
* Specjalnie w tym celu przygotowany patyczki z drewna, dodatkowo nasączone substancją ułatwiającą spalanie i na jednym końcu pokryte masą ulegającą zapłonowi wskutek tarcia. *
* Uniwersalna waga kuchenna, z dokładnością do 2 gramów. *
* Urządzenie służące do pomiaru czasu. Użyty w celu dokładnego zmierzenia długości spalania się świeczki i podgrzewania wody. *
* Służył nam do sprawdzenia temperatury wody w puszce. Jego zakres wynosi od -10 °C do 120 °C. *
* Przydatna podczas odczytywania temperatury z termometru. *
* Sprzęt laboratoryjny w postaci pałeczki pomagający w mieszaniu wody. *
* Sprzęt laboratoryjny służący do dokładnego pobierania małych ilości wody. Przydatny przy odmierzaniu ilości wody w puszce. *
* * Połączony wcześniej styropian owijamy wokół puszki i sklejamy taśmą. Dla lepszego efektu można obkleić taśmą wielokrotnie wokół puszki. Nałożenie pokrywki na obklejoną puszkę z wodą.
* Zapalamy świeczkę i sprawdzamy co 10 minut jej wagę. (na zdjęciu pokazana podkładka, nie zmienia ona wyników doświadczenia)
* Nalewamy wodę do puszki. *
* Puszkę ze wszystkich stron (oprócz spodu) obkładamy izolacją. *
* Zapaloną świeczkę ustawiamy na stojaku. By ciepło produkowane przez świeczkę nie uciekało, położyłyśmy na stojaku dodatkowy kawałek styropianu (choć można było zastosować każdy inny materiał). *
* Kładziemy puszkę na stojaku. *
* Używając mieszadełka, co jakiś czas mieszamy wodę tak, by jej temperatura była taka sama w całej puszce. *
* Na termometrze sprawdzamy temperaturę wody w puszce. Dla lepszego efektu wynik możemy odczytywać przez lupę. *
*Ciepło wytworzone przez świeczkę oznaczamy ∆Q. * Współczynnik opisujący stratę ciepła to k, z wartością od 0 do 1. Gdy w naczyniu mamy wodę o wadze m, cieple właściwym c, a temperatura zmienia się o ∆T, następujące równanie jest prawdziwe: k ∙ ∆Q = c ∙ m ∙ ∆T Wzór I
* Wzór II
* Wzór III
* Sprawdzanie jak ubywa masa świeczki w czasie. *
* Wzór IV
* Wzór V
*Na podstawie wyników eksperymentu, możemy sporządzić wykresy prezentujące zależność temperatury podgrzewanej wody w zależności od czasu.
* Program Sci. DAVis, który został użyty do narysowania prostej, określa również współczynniki kierunkowe i wyrazy wolne z błędami.
*Do określenia błędu mocy użyłyśmy prostego rozumowania - wzięłyśmy najmniejsze i największe wartości współczynnika i wyrazu wolnego i porównałyśmy te wartości poprzez wyciągnięcie średniej z maksymalnego i minimalnego wyniku. *Różnica podzielona na 2 to błąd tego wyniku.
* Wykres temperatury od czasu.
* Wykres temperatury od czasu.
* Wykres temperatury od czasu.
Wykres masy od czasu. *
* Wykres masy od czasu.
* Wykres masy od czasu.
* Najprostszym rozwiązaniem wydaje się obliczenie średnich z otrzymanych wartości włączając średnie błędów.
* Postanowiłyśmy odrzucić trzeci wynik z ciepła ogrzewania wody, gdyż dość znacznie odstaje od pozostałych dwóch.
Obliczając średnie otrzymujemy następujące wyniki: * średnia ciepła ogrzewania wody: 10, 439 ± 0, 207 W * średnia ciepła spalania stearyny: -26, 83 ±b 0, 267 W
* Korzystając z błędu względnego, obliczamy procentową dokładność naszych wartości.
* W przypadku średniej ciepła ogrzewania wody błąd to 2%, a w przypadku średniej ciepła spalania stearyny to tylko 1%.
* Nie mamy pewności, że jest to czysta stearyna, czy też jakaś mieszanka mająca inne ciepło spalania. Innymi źródłami błędów mogą być też mało prawdopodobne błędy w odczytach.
* Nasz termometr nie był dokonały, a proces mieszania mógł nie do końca idealnie wyrównać temperaturę wody. *Biorąc pod uwagę dość nieskomplikowaną budowę i mały nakład pieniężny naszego układu pomiarowego, wynik można uznać za satysfakcjonujący.
* Gdyby chcieć wartość k podnieść, należałoby zmienić układ pomiarowy. Naszym zdaniem dobrym wyjściem byłby tutaj kopuła zrobiona ze styropianu. Nasze wizje są niestety tylko teoretyczne i nie wiemy jak wydajnie mogłyby pracować. Do ulepszenia pomiarów zrobiłyśmy mały eksperyment: przykryłyśmy palącą się świeczkę wysoką szklanką.
* Nasze obserwacje są następujące: gazy, które są wydzielane przy spalaniu stearyny są lżejsze od powietrza, co sprawdziłyśmy stawiając szklankę na krawędzi stołu, tak, że gazy cięższe mogłyby swobodnie wylecieć przez prześwit między szklankę a stołem.
* Świeczka wciąż gasła, czyli nasz wniosek jest prawidłowy *Nie mogłyśmy sprawdzić czy te gazy są lżejsze czy cięższe od ciepłego powietrza *Nie mogłyśmy też sprawdzić stosunek ilości gazów i ciepłego powietrza *Skoro i tak nie mogłyśmy tego sprawdzić, to nie brałyśmy tych problemów pod uwagę
*Pierwszy układ jest najprostszy - na dnie naszego klosza jest mały otwór pozwalający na podgrzewanie puszki wewnątrz. Nie musimy się martwić o gazy ani o dostęp do tlenu. Niestety tutaj też będą występować straty ciepła w postaci ogrzewania otoczenia a nie wnętrza kopuły ale będą one stosunkowo mniejsze niż w przypadku braku klosza.
* Drugi zestaw skupia się na problemie dostarczania tlenu i pozbywania się gazów wytworzonych przy spalaniu. Mamy tutaj jedno małe założenie - gazy przy spalaniu są lżejsze od ciepłego powietrza, więc zawsze utrzymuj¡ się na górze kopuły. Dwie rurki, z których jedna odprowadza gazy na zewnątrz (niebieska), a druga doprowadza do środka tlen (czerwona). * Zasada dzięki czemu ten układ może działać jest następująca: gazy wychodzące na zewnątrz kopuły zmniejszają ciśnienie wewnątrz kopuły, a jako że układ dąży do wyrównania ciśnienia, to ciśnienie jest wyrównywane przez powietrze z czerwonej rurki. Rurki s¡ celowo położone obok siebie, tak by dodatkowo ogrzać wchodzące powietrze.
* Trzecia propozycja to sposób na odprowadzanie gazów i zimnego powietrza, które nie musi być ciągle podgrzewane. Ciepłe powietrze i gazy się utrzymuj¡ u góry kopuły póki się nie ochłodzą, później opadają po drugiej stronie dostarczając powietrza świeczce.
* Ostatnią propozycją, jest zastosowanie szczelnej styropianowej kopuły oraz wężyka i butli z tlenem. Problemem jest tylko ciśnienie wewnątrz kopuły, ponieważ nie wiemy jak się zachowuje spalany tlen, więc należałoby zrobić niewielki otwór by umożliwić gazom ujście.
* W każdym przypadku najważniejsze jest dobranie odpowiedniej wielkości otworów którymi powietrze uchodzi i wchodzi. Niestety to tylko projekty i dość prawdopodobne jest ich słabe działanie - o ile w ogóle by działały. Do określenia działania tych projektów należałoby przeprowadzić symulacje komputerowe, pozwalające na przewidzenie pewnych zachowań powietrza i gazów.
* * Michalina Mrowicka * Małgorzata Łopata
- Slides: 86