КПД бытовой техники, бытовая техника и человек . Научно-исследовательская работа

Детская областная общественная организация«Научное общество учащихся «Поиск »

«КОРМИЛОВСКАЯ СОШ №1 »

Заочная научно-практическая конференция учащихся                    «ПОИСК»

Тема: « КПД бытовой техники, бытовая техника и человек »

Научно-исследовательская работа                                                   Научное направление: Физика

Содержание

1. Введение

1.Актуальность:исследование по теме бытовой технике связана с тем насколько они облегчают жизнь человека, и при этом обеспечивая себя комфортными условиями проживания. Разная бытовая техника может выполнять одну и ту же работу, но результаты получившиеся при измерении будут разные.

2. Гипотеза: используемая нами современная бытовая электротехника способствует облегчению затрат и времени, и энергии человека.

3. Цель исследования:

• Проанализировать в какой из бытовых  приборов способствует облегчению затрат времени и энергии человека (микроволновая печь, электрочайник и газовый чайник)

• На основе нагревания воды выяснить: КПД какого бытового прибора больше, и какой прибор больше облегчает жизнь человека?

• На основе нагревания воды выяснить: какой вид энергии на сегодняшний день дешевле: электричество или природный газ?

Задачи:

1. Изучение по различным источникам информации историю применения электроэнергии для улучшения условий жизни человека
2. Исследовать коэффициент полезного действия бутовых приборов (микроволновая печь, электрочайник и газовый чайник)

4. Объект, предмет исследования: расчеты для микроволновая печь, электрочайник и газовый чайник.

5.Методы исследования:

1.Аналитический;

2.Анкетирование;

3.Анализ и диагностика полученных результатов;

4. Энергетические расчеты.

6. Практическая направленность работы: рассчитать энергетические затраты , выявить энергетически выгодные приборы.

7.Этапы работы.

1 этап – сбор информации по выбранной теме;

2 этап – анкетирование учащихся;

3 этап – обработка данных;

4 этап – расчет энергетических затрат по полученным данным;

5 этап – анализ полученных результатов;

6 этап – практическое применения исследования.

I.Основная часть

1. Учимся вычислять КПД в бытовой техники

Бытовая техника играет немаловажную роль в жизни каждого современного человека. С первых дней рождения человек прямо или косвенно контактирует с бытовой техникой, пользуется продуктом бытовой техники. 

Сколько часов вы можете обойтись без бытовой техники? Сколько раз в день мы подходим к холодильнику, включаем микроволновку, утюг, тостер, стиральную машину? Современный житель избалован бытовой техникой и беспомощен без нее. Нам трудно представить вечер без телевизора, компьютера, без разговоров по мобильному телефону, мы привычно бросаем белье в стиральную машинку и забываем о нем, пока белье не выстирается в машинке. Мы выбираем технику по цене, энергопотреблению, мощности, цвету корпуса, по дизайну, по принадлежности техники к той или иной торговой марке. Зачастую мы отдаем предпочтение одной-двум маркам бытовой техники, которые служат нам много лет, зарекомендовали себя лучшим образом, удобны в эксплуатации и ремонте или просто из-за своего консерватизма. Мы дарим родным и друзьям фены, утюги, тостеры, фритюрницы и фондющницы, электрочайники и электрокофеварки, миксеры и блендеры, соковыжималки и кухонные комбайны, електрогрелки и електрозажигалки, и еще много-много различных бытовых мелочей, созданных для того, чтобы облегчать наш труд, улучшать наш быт, баловать нас и экономить наше время на более важные и приятные дела.

Это все натолкнуло меня на мысль, узнать насколько эффективны электробытовые приборы по сравнению с неэлектрическими.

Я решил определить  КПД микроволновки, электрического чайника  и газового чайника.

Для этого я изучил КПД тепловых приборов.

Коэффицие́нтполе́зногоде́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»). КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

Если КПД выражается в процентах, то он вычисляется по формуле:

1.1Анкетирование

Участникам анкетирования были даны 2 вопроса, на который им нужно было ответить.

-Вопросы: Где быстрее нагреется вода по вашему мнению в микроволновой печи, электрическом чайнике или газовом чайнике ? Какому из перечисленных приборов вы отдаете предпочтение микроволновой печи, электрическому чайнику или газовому чайнику?

В анкетирование участвовало 10 человек, 3 из них отдали своё предпочтение газовому чайнику,6 электрическому чайнику и всего 1 человек отдал свое предпочтение микроволновой печи. Из этих 10 человек 9 сказали что электрический чайник нагреет воду до состояния кипения быстрее всех остальных, и 1 участник сказал что микроволновка нагреет быстрее .

Выразим полученные результаты в процентах:

По результатам анкетирования электрический чайник оказался более эффективным по мнению людей.

2. Практическая часть

Количество теплоты, требуемое для нагрева 1 литра воды до температуры кипения

Начальная температура воды: t1= 18 °С,

Температура кипения воды: t2= 100 °С,

Масса воды: mв= 1кг

Удельная теплоемкость воды: с = 4200 Дж/кг°С

Количество теплоты

Q = с·m·(t2- t1)

Q = 4200·1·(100-18) = 344400 Дж

2.1.Расчеты по нагреванию воды электрочайником

Нахождение реальной мощности электрочайника

Мощность электрочайника заводская: P = 2000 Вт,

Сила тока в цепи: I = 9 А

Напряжение: U = 220 В

Реальная мощность:

P = I · U

P = 220 В · 9 А = 1980 Вт

Количество теплоты, выделенное спиралью чайника

Время нагрева t = 255 c.

Мощность электрочайника Р = 1980 Вт

Количество теплоты:

Q = P · t,

Q = 1980Вт ·225 с = 445500 Дж

Нахождение КПД электрочайника

Затраченное количество теплоты:

Qз = 445500 Дж

Полезное количество энергии:

Qп =344400 Дж

Находим КПД электрочайника:

η = (344400 /445500)·100% = 77,3 %

2.2 Расчеты по нагреванию воды чайником на природном газе

Характеристика природного газа

Объём сгоревшего газа:

Vгаза = 0.019 м3

Удельная теплота сгорания природного газа

q = 4.4 · 107 Дж/кг

Плотность газа:

ρ = 0.85 кг/м3

Нахождение количества теплоты, выделенное сгоранием газа

Находим массу сгоревшего газа:

m = V · ρ

m = 0.019 м3 · 0.85 кг/м3 = 0.01615кг

Удельная теплота сгорания газа

q = 4.4 · 107 Дж/кг

Количество теплоты, выделенное газом:

Q = m · q

Q = 0,01615кг · 4,4 · 107 Дж/кг = 710600 Дж

Время затраченное для закипания 1л воды (в сек) газовый чайник:

576 сек

Нахождение КПД газовой плиты

Затраченное количество теплоты:

Qз = 710600 Дж

Полезное количество энергии:

Qп = 386400 Дж

Находим КПД электрочайника:

η = (386400/710600)·100% = 54,4%

2.3 Расчеты по нагреванию воды микроволновой печью        

Нахождение реальной мощности микроволновой печи

Мощность микроволновой печи заводская: P = 1200 Вт,

Сила тока в цепи: I = 6 А

Напряжение: U = 220 В

Реальная мощность:

P = I · U

P = 220 В · 6 А = 1320 Вт

Количество теплоты, выделенное микроволновой печи

Время нагрева t = 360 c.

Мощность микроволновой печи  Р =1320  Вт

Количество теплоты:

Q = P · t,

Q = 1320 Вт · 360 с = 475200 Дж

Нахождение КПД микроволновой печи

Затраченное количество теплоты:

Qз = 475200 Дж

Полезное количество энергии:

Qп =344400 Дж

Находим КПД электрочайника:

η = (344400 /475200)·100% =72 %

4. Сводная таблица

III. Выводы по работе

Проделав все эксперименты, сделав расчеты и проанализировав результаты, я пришел к выводу что, электрический чайник уменьшает затраты человека и греет воду до состояния кипения быстрее чем микроволновая печь и газовый чайник, газовый чайник проигрывает всем электрическим приборам (микроволновая печь, электрочайник)

После данной исследовательской работы мой выбор пал на электрический чайник.