Загальна інформація
Застосування
Джерело фото: wikipedia
Нагрівання води в сонячному колекторі
На практиці краще передавання тепла від абсорбера до води досягають тим, що трубки з водою лежать усередині абсорберних пластин. До того ж пластини виготовлено так, щоб вони якомога повніше поглинали сонячне світло.
У цьому досліді наочно показано, як нагрівається вода, що протікає крізь сонячний колектор.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Сонячну енергію можна за допомогою сонячного колектора перетворити на теплову енергію. Центральна частина колектора - абсорбер, який поглинає енергію випромінювання Сонця і віддає тепло теплоносію, що протікає крізь нього.
Принцип
За допомогою цього теплоносія тепло відводять із колектора і потім використовують безпосередньо або накопичують. Найпоширеніше застосування, у якому сонячну енергію перетворюють на тепло, - це нагрівання води в побуті.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За вимірюваннями треба дослідити поглинання за вхідною та вихідною температурами колектора з чорною пластиною і без неї. Із цього треба визначити теплову енергію, теплову потужність і потужність падаючого випромінювання.
Завдання
Знімання вхідної та вихідної температури колектора з чорною абсорберною пластиною і без неї.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Щодо H- і P-формулювань звертайся до паспорта безпеки відповідної хімічної речовини.
Теорія
Теплову енергію , яку прийняв колектор, можна обчислити з підвищення температури , кількості нагрітої води і питомої теплоємності :
Теплова потужність, що з цього постає, дорівнює:
а потужність випромінювання, що падає на сонячний колектор:
з
де = потужність лампи, = площа сонячного колектора і = площа дошки.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Затискний тримач із 2 затискними місцями, d = 0..13 мм, на магнітному тримачі | 02151-08 | 1 |
| 2 | Тримач із затискачем для демонстраційної дошки | 02164-00 | 1 |
| 3 | Сонячний колектор, магнітне кріплення | 02165-00 | 1 |
| 4 | Воронка, скло, циліндрична, 300 мл | 36889-02 | 1 |
| 5 | Тримач для приладів із магнітними кріпленнями | 45525-00 | 1 |
| 6 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 7 | Силіконовий шланг, внутрішній d = 6 мм, погонний метр | 47530-00 | 1 |
| 8 | Затискач для шланга, b = 15 мм | 43631-15 | 1 |
| 9 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 10 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=750 мм | 02033-00 | 1 |
| 11 | Лампа розжарювання з рефлектором, 230 В/ 120 Вт | 06759-93 | 1 |
| 12 | Вода дистильована, 5 л | 31246-00 | 1 |
| 13 | Занурювальний зонд, NiCr-Ni, нержавіюча сталь, -50...400°C | 13615-03 | 2 |
| 14 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 |
| 15 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
| 16 | Ламповий патрон E27, з відбивачем, перемикачем, запобіжником | 06751-01 | 1 |
Складання та виконання
Складання (1/3)
- Склади установку за рисунком.
- Вийми з сонячного колектора білу металеву пластину. Гвинти затягуй лише злегка, щоб не погнути плексигласову пластину.
- Щоб воронка не хиталася, невеликий шматок шланга (прибл. 3 см) розрізають уздовж і надівають під циліндром. Саме в цьому місці воронку закріплюють у затискному тримачі.
Складання (2/3)
- Над сонячним колектором, біля верхнього краю демонстраційної дошки, ретельно пригвинти тримач із затискачем і закріпи в ньому штативний стрижень (рисунок)
- На кінці штативного стрижня закріпи рефлекторну лампу і спрямуй її посередині на сонячний колектор (відстань прибл. 40 см).
- Розташуй воронку якомога вище на дошці, щоб досягти рівномірної швидкості протікання.
- Постав мензурку на тримач для приладів носиком близько до стіни.
Складання (3/3)
- Закрий затискач для шланга і наповни воронку дистильованою водою.
- Витисни зі шланга бульбашки повітря, якщо вони утворилися.
- Відкрий затискач для шланга, щоб сонячний колектор наповнився водою. Знову закрий затискач.
- Долий воронку до позначки 300 мл.
Виконання (1/2)
Вхідна температура
у воронці
Вихідна температура
колектора
Різниця температур
Вимірювання з чорною абсорберною пластиною
- Увімкни лампу й опромінюй сонячний колектор 10 хвилин.
- Виміряй температуру води і внеси її в таблицю як вхідну температуру.
- Відкрути затискач для шланга і дай воді витікати з воронки.
- За рівня води 200 мл запиши час і виміряй вихідну температуру.
- Закрий затискач для шланга і вимкни лампу.
Виконання (2/2)
Вхідна температура
у воронці
Вихідна температура
колектора
Різниця температур
Вимірювання без абсорберної пластини
- Вийми чорну пластину з охололого сонячного колектора.
- Виконай дослід ще раз.
- Вимкни лампу і перенеси виміряні значення в таблицю.
Опрацювання результатів (1/2)
Перетягни слова у правильні поля! З обох вимірювань добре видно, що різниця між вихідною температурою T_{2} і вхідною температурою T_{1} у колектора ____ пластиною вдвічі більша, ніж у колектора ____ абсорберної пластини. Отже, чорна пластина додатково поглинає велику частину ____, перетворює її на ____ і віддає її воді через дотик до трубки з водою.
Опрацювання результатів (2/2)
Обчисли тепер (формули див. у розділі «Теорія»):
- прийняту теплову енергію
- теплову потужність
- і потужність випромінювання
Площа дошки, яку освітлено:
Площа сонячного колектора:
Теплова енергія
Теплова потужність
Потужність випромінювання
Це значення залежить від розміру оціненої освітленої площі. Обчислення має унаочнити принцип. Здобута теплова потужність становить у цьому разі приблизно:
% потужності випромінювання лампи.