Коефіцієнт корисної дії установки «електролізер - паливний елемент» з ADM3

ККД установки «електролізер - паливний елемент»

Процес від нафти через бензин до звичайного двигуна внутрішнього згоряння має коефіцієнт корисної дії близько 20% і лежить тим самим у тому самому порядку величини, що й ККД установки «електролізер - паливний елемент».

Тому водень і надалі набуватиме дедалі більшого значення як накопичувач електричної енергії або як засіб безпосереднього приводу транспортних засобів.

У цьому досліді показано, як за допомогою установки «електролізер - паливний елемент» можна обчислити коефіцієнт корисної дії.

Попередні знання

Для виконання досліду слід знати загальні основи електротехніки (паралельне та послідовне з'єднання). Крім того, передбачається безпомилкове поводження з приладами.

Принцип

Під час кожного перетворення однієї форми енергії на іншу виникають втрати. Це стосується й перетворення води на водень і кисень в електролізері, і зворотного одержання води в паливному елементі. У цьому досліді потрібно визначити коефіцієнт корисної дії всієї установки.

Навчальна мета

У цьому досліді учні вчаться обчислювати коефіцієнт корисної дії установки «електролізер - паливний елемент» через відношення підведеної та використаної енергії.

Коефіцієнт корисної дії - це та частка підведеної енергії, яка перетворюється на корисну енергію!

Позначення:

Одиниця: або у

Відео (мова оригіналу)

Коефіцієнт корисної дії | Основні поняття | Пояснення поняття
F.M.H. Studios

Частина досліду 1: підведена енергія

• Склади електричне коло з двома резервуарами для зберігання газу праворуч і ліворуч та з електролізером.
• До вільного кінця кожного з двох резервуарів приєднай ще один силіконовий шланг і з'єднай його з паливним елементом.
• Вихідні патрубки паливного елемента та отвір для подачі повітря закриті.

Патрубки та
отвір для повітря закриті

• Спершу від'єднай силіконові шланги від паливного елемента.
• Тримай шланги вгору і наповни резервуари для зберігання газу дистильованою водою до нижньої позначки, так щоб вода стекла в нижню частину резервуарів. Знову з'єднай шланги з паливним елементом.
• Закрий вихідні патрубки паливного елемента та отвір для подачі повітря (див. рисунок).

Наповнення резервуарів

Схема досліду

• Доповни електричне коло для вимірювання підведеної енергії відповідно до рисунка.
• Блок живлення вимкнений.
• Декаду опорів встановлюють на (розімкнено).
• Мультиметри ADM3 мають вимірювати силу струму та напругу підведеної енергії.

Частина досліду 2: корисна енергія

• Для другої частини досліду мультиметри вилучають з електричного кола електролізера і вмикають в електричне коло паливного елемента.
• Завдяки цьому мультиметри протягом досліду вимірюватимуть напругу та силу струму у верхньому колі (корисна енергія).

• На блоці живлення встанови напругу 0 В і обмеження струму 2 А та увімкни блок живлення.
• Встанови напругу 4 В і, коли утвориться щонайменше водню, відкрий вихідні патрубки, щоб витіснити рештки повітря з паливного елемента.
• Знову закрий вихідні патрубки, спостерігай за резервуарами для зберігання газу і через 60 секунд вимкни блок живлення та запиши електричну роботу(опрацювання результатів - таблиця).

Частина досліду 2: корисна енергія

• Залиш резервуари з водою в поточному стані та склади схему за другим варіантом (рисунок).
• Встанови декаду опорів на і знову зачекай 60 секунд.
• Спостерігай за резервуарами для зберігання газу та запиши напругу і силу струму.
• Коли час мине, ще раз внеси електричну роботу (корисну енергію) до таблиці.

Частина досліду 1: підведена енергія

Кількість газу в резервуарах на початку залежить від точності наповнення резервуарів водою і тому щоразу різна.

Виконується електрична робота:

.

Частина досліду 2: корисна енергія

Резервуари для зберігання газу спорожнюються помітно повільніше, ніж наповнювалися.

Під час згоряння виконується електрична робота:

.

У досліді встановлено такі значення:

:

:

Звідси в колі електролізера та в колі паливного елемента дістаємо загальний ККД:

: