Karolina Stolarczyk I LO im. Tadeusza Kościuszki w Wieluniu Klasa If Konkurs „Fizyka da się lubić” Część doświadczalna konkursu na moc świeczki Karolina Stolarczyk I LO im. Tadeusza Kościuszki w Wieluniu Klasa If

Przedmioty potrzebne do przygotowania doświadczenia: Świeczka Puszka Termometr Podstawka Woda Termoizolator Stoper Waga

Omówienie przedmiotów Świeczka – zwykła, zakupiona w supermarkecie. Puszka – po napoju o pojemności 330 ml. Termometr – elektryczny, z dokładnością 0,1˚C. Podstawka – zrobiona z drewnianych klocków i kratki, by odpowiednio dopasować wysokość płomienia do puszki. Woda – 100g, gdyż nie będzie się zbyt długo podgrzewać. Termoizolator – wykonana ze styropianu obudowa na puszkę, dzięki czemu nie będzie zachodziła wymiana ciepła z otoczeniem. Waga – elektryczna, z dokładnością 0,05g

Wykonanie doświadczenia Do puszki nalewamy wodę, układamy ją na podstawce, następnie wkładamy termometr i termoizolator. Patrzymy, ile wynosi temperatura jeszcze nie ogrzewanej wody, następnie podpalamy świeczkę i w równych odstępach czasy sprawdzamy ile wynosi temperatura wody. Od czasu do czasu mieszamy wodę. Po wykonaniu doświadczenia i naniesieniu wyników na wykres można zauważyć, że nie układają się one w idealnie prosta linię. Spowodowane jest to nierównomiernym ogrzewaniem wody przez świeczkę. Tempo ogrzewania z czasem malało, więc wyróżniłam dwa etapy podgrzewania wody.

Porównanie płomieni świeczki Świeczka paląca się mocniej Świeczka paląca się słabiej Porównanie płomieni świeczki

Pierwszy etap przedstawiony na wykresie

Drugi etap przedstawiony na wykresie

Obliczenie mocy idącej na ogrzanie wody Na podstawie punktów pomiaru z niepewnościami rysuję dodatkowe proste o możliwie największym i najmniejszym kącie nachylenia, które przechodzą przez obszary niepewności. Na tej podstawie wyznaczyłam maksymalną i minimalną moc ogrzania wody. Po wykonaniu wszystkich obliczeń moc idąca na ogrzanie wody pierwszego etapu wynosi: 𝑷 𝑰 = 𝟏𝟓,𝟑±𝟎,𝟗 𝑾 Natomiast drugiego: 𝑷 𝑰𝑰 = 𝟏𝟐,𝟖±𝟎,𝟕 𝑾

Wyznaczenie szybkości wytwarzania ciepła przez świeczkę Za pomocą wykresu wyznaczyłam szybkość ubywania masy, a później z tego ze znajomością ciepła spalania parafiny obliczyłam szybkość wytwarzania ciepła przez świeczkę i wynosi ona: 𝒒 𝒑 ∆ 𝑴 𝒔 ∆𝒕 = 𝟐𝟕,𝟑±𝟑,𝟒 𝑾

Wykres szybkości ubywania masy

Wyznaczenie sprawności paleniska Obliczyłam wartość sprawności paleniska korzystając z podanego w materiałach wzoru i wynosi ona dla pierwszego etapu: 𝒌 𝑰 =𝟎,𝟓𝟔±𝟎,𝟎𝟒 A dla drugiego: 𝒌 𝑰𝑰 =𝟎,𝟒𝟕±𝟎,𝟎𝟒

Podsumowanie Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że moc świeczki oraz współczynnik sprawności dla pierwszego etapu wynosi: P=(15,3±0,9)W k=0,56±0,04 Natomiast dla drugiego: P=(12,8±0,7)W k=0,47±0,04

Co najbardziej wpłynęło na niepewność końcowych wyników? Duże znaczenie miało to, że nie znałam dokładnie składu świeczki, gdyż nie podaje go producent, a wartość ciepła spalania odczytana z zdobytych informacji, może mieć wartość zbliżoną do rzeczywistej. Inną rzeczą wpływająca na wynik mogła być jakość izolacji termicznej. Nie należy również zapomnieć, że sprawność ogrzewania z czasem spada. Świeczka na początku pali się najlepiej, jednak później płomień maleje.