Część eksperymentalna konkursu: FIZYKA DA SIĘ LUBIĆ- 2013

1. APARATURA niezbędna do wykonania doświadczenia.

1.1 Elementy aparatury Standardowa świeczka o sugerowanych wymiarach Taśma izolacyjna

Aluminiowa puszka o pojemności 0,33 l Aluminiowa puszka po zaizolowaniu

1.2 Schemat aparatury

1.3 Wygląd aparatury By zmniejszyć straty energii aluminiową puszkę zaizolowano. Za podstawkę posłużyło mi odpowiednio zmodyfikowane gliniane naczynie z zaizolowanymi nóżkami.

1.4 Narzędzia pomiarowe STOPER W TELEFONIE KOMÓRKOWYM TERMOMETR O 100˚ SKALI

2. MOC ŚWIECZKI - zadanie, przebieg i wyniki eksperymentu.

2.1 Zadanie Wyznacz moc świeczki, korzystając z wyników doświadczenia.

2.2 Przebieg doświadczenia Do puszki wlano 0,2 litra uprzednio naszykowanej wody kranowej o odnotowanej temperaturze początkowej. Puszkę umieszczamy na przygotowanej podstawce nad palącą się świeczką. W tym samym momencie włączamy stoper. Pomiar będzie trwał odpowiednio 4, 6 i 8 minut. Za każdym razem procedura jest identyczna. Uwaga- podczas doświadczenia 2-3 razy przemieszano wodę w celu otrzymania prawidłowego wyniku.

TEMPERATURA POCZĄTKOWA [K] TEMPERATURA KOŃCOWA [K] 2.3 Wyniki doświadczenia NUMER POMIARU MASA WODY [KG] TEMPERATURA POCZĄTKOWA [K] TEMPERATURA KOŃCOWA [K] RÓŻNICA TEMPERATUR ∆T CZAS [S] 1. 0,2 300,5 302 1,5 240 2. 307,5 309,5 2 360 3. 303 306,5 3.5 480

2.4 Wykres Zależność ∆T (różnica temperatury końcowej i początkowej) do czasu .

2.5 Szacowanie błędów W celu oszacowania błędów pomiarowych umieszczono pod wykresem prognozowaną linię trendu.

Obliczanie błędu pomiarowego (x): Różnica między pomiarem 1, 2, 3 ( punkt 1, 2, 3), a wartością linii trendu w tym samym czasie wynosi odpowiednio: Dla pomiaru 1: ∆T’ = ∆T - ∆T” ∆T’ = 1,5 – 1,35 = 0,15 Dla pomiaru 2: ∆T’ = 2 – 2,35 = - 0,35 Dla pomiaru 3: ∆T’ = 3,5 – 3,35 = 0,15 Obliczanie błędu pomiarowego (x): x= (0,15 + 0,35 + 0,15) : 3 = 0,21(6) ≈ 0,217 , gdzie: ∆T – różnica temp. doświadczalna ∆T’ – różnica między wynikiem doświadczalnym, a linii trendu ∆T” – różnica temp. linii trendu

2.6 Wzory ,gdzie k∆Q - ciepło przekazane wodzie 0 < k < 1 c - ciepło właściwe wody [J/(kg ∙ K)] m - masa wody [kg] ∆T - różnica temperatur P – moc świeczki [W] ∆t – czas [s] ∆E – energia [J]

2.7 Obliczenia ∆t= (t1 + t2 + t3) : 3 = (240 +360 +480) : 3 = 360 s Obliczanie średniej arytmetycznej ∆T doświadczalnej. Uwzględnienie błędu pomiarowego. ∆TŚR = (∆T1 + ∆T2 + ∆T3) : 3 = (1,5 + 2 + 3,5) : 3 = 2,(3) ≈ 2, 333 ∆TC = [(∆TŚR – X ) + (∆TŚR + X)] : 2 = 2,333 2) Czas ∆t= (t1 + t2 + t3) : 3 = (240 +360 +480) : 3 = 360 s 3) Obliczanie k∆Q k∆Q = c ∙ m ∙ ∆Tc k∆Q = 4200 ∙ 0,2 ∙ 2,333 = 1959,72 J 4) Wyznaczenie mocy

2.8 Wnioski Z obliczeń w punkcie 2.7 wynika, że moc wydzielana przez świeczkę w czasie 360 sekund potrzebna do ogrzania 0,2 litra wody o 2, 333˚ wynosi w przybliżeniu 5, 444 W. Jest to niewiele porównując do mocy standardowej żarówki o średniej mocy 60/100 W.

3. SPRAWNOŚĆ ŚWIECZKI - zadanie, pomiary, wyliczenia.

3.1 Zadanie Wyznacz sprawność świeczki porównując otrzymaną doświadczalnie moc z energią spalania świeczki w określonym czasie.

3.2 Zasady pomiaru Do pomiaru użyto wagę kuchenną. Wyniki podane są w gramach. Masę foremki świeczki pominięto.

3.2 Wyniki pomiaru MASA PIERWOTNA ŚWIECZKI. MASA ŚWIECZKI PO 1H SPALANIA.

3.3 Wzory , gdzie: qs – ciepło spalania parafiny, które wynosi 4200 kJ/kg ( źródło: www.thefutureisours.ca ) ∆Ms – zmiana masy świeczki ∆t1– czas ogrzewania wody [s] ∆t2 – czas spalania świeczki w drugiej części eksperymentu [s] C – ciepło właściwe wody [J/ (kg ∙ K)] m- masa podgrzewanej wody [kg]

3.4 Obliczenia Sprawność świeczki (a raczej całego układu) wynosi 0,233, co oznacza, że ponad 23% całkowitej mocy świeczki jest mocą użyteczną.

3.5 Wnioski Otrzymana sprawność układu (23,3%) to wynik zadowalający, zważając na specyfikę świeczki, której do spalania potrzebny jest tlen, co znacznie utrudnia dokładną izolację układu.

4. PODSUMOWANIE Jak wynika z powyższego sprawozdania, jak najbardziej możliwe jest obliczenie w sposób doświadczalny moc i sprawność świeczki. Otrzymane wyniki z pewnością nie są dokładne, ale cały eksperyment sprawia, że fizyka da się lubić.

5. DOŚWIADCZENIE WYKONAŁA: Angelika Fornalczyk, uczennica klasy drugiej Samorządowego Liceum Ogólnokształcącego im. Romualda Traugutta w Zgierzu. Zgierz, 28.03.2013