Проект "Исследование физических характеристик утюга"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 2 г. Макарова»

Проектно-исследовательская работа

«Исследования физических характеристик утюга»

Руководитель учитель физики Ежукевич Ю.В.

Ученица 8 Б класса Черникова В.

Г. Макаров , 2016 г.

Содержание

Введение.                                                                                                                                        3

1. Теоретическая часть                                                                                                          4
2. Исследовательская часть.                                                                                        6

1.  Описание характеристик утюга.                                                                  6
2.  Внешний вид.                                                                                               8
3.  Измерение массы.                                                                                        8
4.  Длина шнура питания.                                                                                  9
5.  Температурный режим.                                                                                10
6.  Количество отверстий.                                                                                11
7.  Объем резервуара жидкости.                                                                      11
8.  Сила трения.                                                                                                12
9.  Расчет количества теплоты и денежных затрат.                                         13

3. Подведение итогов исследования.                                                                          15
4. Рекомендации потребителям при покупке утюга.                                                  16

Заключение.                                                                                                                       17

Список литературы.                                                                                                           18

Введение

В нашем современном мире ежедневно используются электрические приборы. Бытовые электрические приборы значительно облегчили нашу жизнь. Но мы не знаем насколько они качественные. Порой, мы обращаем внимание, только на внешний вид прибора. Из большого многообразия электрических приборов были исследованы утюги. Исследование проводилось среди утюгов различных фирм изготовителей, срока использования, технических характеристик. Исследование физических характеристик утюгов позволит более эффективно и правильно их использовать в быту, приобретать  в магазине. Многие потребители затрачивают больше денежных средств из-за несоответствующих и заниженных  характеристик утюга. Поэтому, было принято решение исследовать технические характеристики  утюгов, на примере утюгов  учителей нашей школы.

Объектом исследования являются электрические приборы.

Предметом исследования являются утюги учителей нашей школы.

Цель проекта: проверить соответствие межгосударственному стандарту ГОСТ  307.1 - 95 утюгов учителей нашей школы.

Задачи проекта:

1. Ознакомиться с научной литературой и техническими ГОСТами.
2. Изучение видов и методов измерений по ГОСТу 307.2-95 технические характеристики утюга.

• измерение массы;
• измерение длины шнура;
• определение стойкости подошвы к царапинам;
• измерение потребляемой мощности;
• измерение времени нагревания;
• измерение температуры подошвы утюга;
• определение самой горячей точки утюга;
• и др.

3. Проведение исследований, измерений.
4. Сравнительный анализ полученных исследований с требованием ГОСТов.
5. Подведение итогов, выводов.

I . Теоретическая часть.

Утюг — элемент бытовой техники для разглаживания складок и заминов на одежде. Процесс разглаживания называют глажкой или глаженьем.

Принцип действия утюга заключается в том, что одежда нагревается в определённом месте и разутюживается под давлением самого утюга.

В прошлом для нагрева утюгов их ставили на печь либо в них (угольный утюг) клали горячие угли. Существовали также спиртовые утюги. В старину утюги преимущественно изготовляли из чугуна. Смысл древнетюркского словосочетания «утюк» складывается из двух значений: «ут» — огонь, «юк» — положить.

С появлением электричества и развитием техники, появились электрические утюги. С точки зрения электротехники, их принцип основывается на выделении тепловой энергии при прохождении электрического тока через резистивный нагревательный элемент (самые первые электрические утюги использовали в качестве нагревательного элемента электрическую дугу). Как правило, конструкция утюга предусматривает расположение нагревательного элемента как можно ближе к подошве и наличие ручки из термоизолированого материала во избежание ожогов. В современных электрических утюгах есть небольшой резервуар для воды, вода используется для образования пара, позволяющего добиться большей эффективности глажения. Регулировать количество пара помогает клапан пара (игла), который также уменьшает образование накипи в нагревательном элементе утюга.

Ранние модели электрических утюгов не имели регулировки температуры, нагревательный элемент в них был включён в сеть постоянно. Необходимо было отслеживать момент, когда подошва утюга достаточно нагреется, и отключать его от сети.

В современных подошвах обычно используется термостат на основе биметаллической пластины, который позволяет приближённо задавать требуемую температуру. В некоторых моделях используют диммеры. Шкала регулятора часто размечена символами. Также вместо биметалла в утюгах используется электронный датчик температуры, и управление происходит с помощью электронной платы, которая также отслеживает положение утюга и отключает нагрев в случае превышения установленного временного интервала. Это обеспечивает пожаробезопасность помещения, где используется прибор. Также в утюгах используют специальную насадку для деликатных тканей, которая позволяет гладить такие ткани, как шёлк, синтетика и другое.

Образцы представленных утюгов – паровые. Устройство утюга представлено на рисунке № 1.

Рис.1 Устройство парового утюга

В 2012 году Ростестом были проведены исследования по равномерности нагрева поверхности подошвы новых утюгов различной марки, которые представлены на рис 2.

Рис. 2  Распределение равномерности подошвы утюга.

Из рисунка следует, что самая «горячая» точка приходится примерно на центр подошвы утюга. По горячей точке утюга будет определяться тепловой режим утюгов.

Хороший утюг должен точно поддерживать заданный температурный режим, что особенно важно для синтетических и шелковых тканей, очень чувствительных даже к незначительному превышению температуры.

Для изучения физических характеристик утюга использовались ГОСТ 307.1-95 «Электроутюги бытовые. Технические условия» и ГОСТ 307.2-95 «Методы измерения рабочих характеристик утюга».

II. Сравнительный анализ полученных исследований с требованием ГОСТ.

1. Описание характеристик утюгов по параметрам производителей.

2. Внешний вид утюгов.

Внешний вид оценивался методом визуального осмотра. Все утюги относятся к типу УТПР (утюг с терморегулятором, пароувлажнителем, разбрызгивателем). Работают от сети переменного тока в диапазоне напряжения 230-220В и частоты 50-60 Гц. Внешних повреждений не выявлено. Пластмасса крепкая. Ручка расположено комфортно. Резервуар для воды достаточно прозрачный. Были выявлены следующие недостатки: образец № 8 – жидкость выливалась из нижней части утюга, образец № 6,7,8,9 маленькое отверстие для залива жидкости в резервуар, жидкость проливалась мимо отверстия. Образец № 10 имеет самое удобное расположение отверстия и достаточного диаметра. Соединение шнура питания вращающееся на всех образцах. На всех образцах терморегуляторы работают исправно.  Разбрызгивание жидкости в соответствует ГОСТ. Площадь разбрызгивания жидкости в пределах нормы до 200 см2. Граница увлажнения находится на расстоянии до 500 мм, что в пределах нормы по ГОСТу.

3. Измерение массы.

Измерение массы производились с помощью электронных весов (бизмен). Масса шнура не учитывалась.

Все утюги по массе соответствуют ГОСТу конструкции утюга Л – легкий утюг до 1,6 кг. Самым «тяжелым» утюгом из категории легких утюгов является образец № 4, а самый «легкий» образец № 2. Тяжелые утюги увеличивают эффективность разглаживания ткани за счет веса утюга, но в использовании требуется больших сил человека. Слишком легкие утюги требуют дополнительных усилий нажима человека, что является недостатком использования утюга.

4. Длина шнура питания.

Соединение шнура питания вращающееся на всех образцах.  Сетевой шнур имеет спрессованную вилку.  Длина шнура по ГОСТ 307.1-95 должна быть не менее 2 м.

Измерения показали, что образец № 4 превышает  допустимую длину, что является положительным фактором  для удобной глажки тканей. Все остальные образцы имеют заниженные показатели длины. Самым коротким шнуром обладает образец № 2, что на 70 см меньше нормы. Допустима погрешность до 5 см.

5. Температурный режим.

Для измерения температуры использовался инфракрасный термометр. Температура определялась в самой горячей точки подошвы утюга после установки теплового режима через 1,5-2 минуты (включения термодатчика). Были проверены тепловые режимы:

• - глажка ацетата,  капрон, нейлон, лавсан;

•• - глажка триацетат, вискозы, шерсти, шелка, искусственного шелка;

••• - глажка хлопка, льна, шерсти, лен с лавсаном.

⇩ - температура ниже нормы

⇧ - температура выше нормы

Из таблицы следует, что соответствует норме теплового режима образцы №2,3,10. Владельцы утюгов могут эффективно их использовать, без порчи тканей. Образцы № 4,5,8 – имеют завышенный температурный режим. Использование утюгов может привести к порчи тканей. Необходимо обратить внимание на работу термоэлементов, который не дает вовремя сигнал отключения, что приводит к перенагреву  утюга. Образцы №1,6,7,9 – имеют заниженные показатели теплового режима. При использовании утюгов будет происходить не эффективная глажка.  В этом случае может быть неисправны термоэлементы или износ нагревательных элементов. Образцы №1,6,7,9 – имеют самый большой срок использования, среди представленных. По ГОСТ 307.1-95 срок службы должен быть не менее 15 лет. Можно считать данные образцы не качественными, либо владельцы не правильно их использовали.

6. Количество отверстий.

Для определения данного показатели был произведен подсчет отверстий для выхода пара. Рекомендуемая норма на плоскость подошвы утюга 50 отверстий.

Образцы № 4, 9 имеют более 50 отверстий, что позволит более равномерно распределять пар по поверхности ткани, но при этом, может увеличиться расход жидкости заливаемой в резервуар. Все остальные образцы имеют количество отверстий менее 50, что не позволяет равномерно распределять пар по поверхности ткани.

7. Объем заливаемой жидкости.

Для исследования заполнения водой резервуара утюга использовали мензурку. Рекомендуемая норма объема жидкости резервуара 250 см3 .

Из представленных образцов только лишь образцы № 1,7 имеют объем резервуара менее 250 мл. Все остальные образцы имеют резервуар жидкости либо 250 мл,  либо выше этого значение, что не является не достатком. Превышение объема резервуара можно считать положительным показателем, что позволит владельцу меньшее количество раз заливать жидкость.

8.  Сила трения.

Для измерения силы трения скольжения использовался динамометр. Утюги динамометром равномерно перемещали по поверхности полотенца.

Сила трения скольжения, возникающая между поверхностями подошвы утюга и ткани влияет на процесс разглаживания и износ тканей. Утюг должен скользит по поверхности легко, без дополнительных усилий. Сила трения зависит не только от поверхностей, но и от веса утюга. Чем тяжелее утюг, тем больше сила трения. Образец № 5, 4, 1 имеют самые высокие показатели силы трения, при не очень большом весе утюга. Образец № 5 имеет шероховатую поверхность подошвы в виде линии, что увеличивает трение. Образцы № 6 ,10 имеют более низкие значения силы трения. Кроме этого было выявлено, что более низкие значения силы трения имеют утюги, покрытые сталью, т.к. их поверхность более гладкая.

Для изучения стойкости к царапинам использовалась соль, по поверхности которой проводили утюгом. Поверхность всех образцов оставалась без царапин. Другие методы определения стойкости к царапинам не использовались во избежание порчи утюгов.

9. Расчет количества теплоты и денежных затрат.

По закону  Джуоля – Ленца рассчитаем количество теплоты, выделяемое утюгом за 1 час работы. Произведение соответствует указанной мощности утюга.

Кроме этого, выполним расчет затрат денежных средств. Тариф электроэнергии 1кВт*ч = 3,8 рублей.

Т.к. самой большой мощностью обладает образец № 5, то он выделяет большее количество теплоты, а значит затраты  денежных средств самые большие.

Образцы № 1, 6, 7, 9 не соответствуют заявленной мощности, т.к. тепловой режим не соответствует требованиям ГОСТ. Следовательно, время глажки будет увеличиваться и  потребляемая энергия, затраты денежных средств будут в несколько раз выше.

III. Подведение итогов исследования.

Таким образом, было выявлено что соответствие ГОСТ 307.1-95 не имеет ни один образец. Не все производители добросовестно выполняют требования ГОСТ,  и есть некоторые производители, которые улучшают параметры утюга. Кроме этого, было выявлено, что чем больше времени находится утюг в использовании, тем меньше его соответствие требованиям ГОСТ. Таким образом, после исследования некоторых физических характеристик утюга были выставлены баллы.

        Самые высокие баллы получает образец № 10. Самые низкие баллы имеет образец № 7. Владельцам утюгов,  баллы которых не превышают 4 баллов, рекомендовано приобрести новые утюги.

IV.  Рекомендации при покупке утюгов. 

Обратить внимание на корпус утюга. Пластмасса, из которой выполнен утюг, должна быть прочной, без видимых дефектов, должна плотно прижата ко всем частям утюга. Пластмасса резервуара с жидкостью должна быть достаточно прозрачной. Покупать утюг лучше, где объем жидкости резервуара больше и достаточно большое отверстие для залива жидкости. Обязательно при покупке проверить работу терморегулятора. Он должен отключать примерно через 2 - 2,5 минуты. Попросить консультанта залить воду в утюг, для того что бы проверить работу разбрызгиватели и пароувлажнителя. Количество отверстий на подошве не должно быть меньше 50. Длина шнура должна быть не менее 2 м.  Утюг желательно приобретать с большим значением мощности, но не забывать что денежные затраты в этом случае увеличиваются. Обратить внимание на рельеф подошвы, она должна быть ровной и гладкой. Проверьте утюг по весу, вы должны его легко, без усилий и ощущения тяжести держать в руке.

Такие простые советы помогут Вам выбрать утюг и долго его использовать.

Заключение

В ходе выполнения проекта были изучены физические характеристики утюга, на примере утюгов учителей нашей школы. При исследовании использовались физические приборы, физические расчеты. При сравнительном анализе исследования использовались межгосударственные стандарты ГОСТ 307.1 -95 и 307.2-95, которые позволили определить соответствие  их требованиям. Было выявлено, что не все производители не добросовестно относятся к изготовлению утюгов. Самое главное, было определено, что чем «старше утюг», тем больше не соответствие температурному тепловому режиму, что для утюга является главной физической характеристикой утюга. Поэтому, были предложены небольшие рекомендации при покупке утюга, которые позволят выбрать более качественный утюг.  

Список использованной литературы:

1. ГОСТ 307.1-95 http://standartgost.ru/g/ГОСТ_307.1-95 
2. ГОСТ 307.2-95 http://standartgost.ru/g/ГОСТ_307.2-95 
3. «Как выбрать хороший утюг: советы и рекомендации» http://otvety-znayki.ru/byt/dom/kak-vybrat-utyug.html 
4. «Выбираем утюг. Пособие для «чайников»» http://www.7ya.ru/article/Vybiraem-utyug-Posobie-dlya-chajnikov/ 
5.   Яндекс картинки.
6. Энциклопедия технологий и методик. Ремонт парового утюга. http://patlah.ru/etm/etm-05/dom%20hitrost/ytug/ytug-11.htm 
7. «Особенности устройства парового утюга» http://www.sewing-master.ru/ustrojstvo-utjuga.html 
8. Википедия «Утюг» https://ru.wikipedia.org/wiki/Утюг 
9. «Утюги и все вокруг них» http://va-sk.ru/new_art/960-utyugi-i-vse-vokrug-nih.html 
10. «Испытания утюгов 2012 год» http://www.rostest.ru/utugi2012.php