Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Тепловий насос - це машина, яка використовує механічну або електричну енергію для перетворення теплової енергії з середовища в середовище .
Кількість теплоти , що підводиться до середовища більше, ніж витрачена механічна або електрична енергія .
Якість теплового насоса визначається так званим числом продуктивності .
Воно завжди .
Додаткова інформація для викладачів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями термодинаміки.
Принцип
У цьому експерименті використовується елемент Пельтьє і досліджується, скільки тепла виділяється на одиницю витраченої електричної енергії та які інші фізичні процеси відбуваються.
Додаткова інформація для викладачів (2/3)
Мета навчання
Учні дізнаються, як елемент Пельтьє можна використовувати для транспортування тепла.
Завдання
На верхню пластину термогенератора ставлять стакан з водою. Прикладіть до термогенератора напругу і виберіть полярність так, щоб верхня пластина, а отже, і вода нагрілися.
Визначте витрачену електричну енергію та отриману теплову енергію.
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Перед тим, як увімкнути блок живлення, слід перевірити на мультиметрі, що обидві пластини елемента Пельтьє мають однакову температуру, тобто термоелектрична напруга на термогенераторі в ідеалі повинна дорівнювати 0 В. Крім того, перед вимірюванням учні можуть за допомогою мультиметра встановити регулятор сили струму на блоці живлення точно на 1 А.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Теплопровідність
Теплові насоси можна використовувати для передачі теплової енергії від одного об'єкта до іншого, застосовуючи енергію. Це дозволяє передавати тепло об'єкта, який важко охолодити (наприклад, мікропроцесорів), в речовини, призначені для розсіювання тепла.
Можна також передавати тепло від середовища, яке легко нагрівається, до середовища, яке погано піддається нагріванню. Таким чином, можливих застосувань безліч.
Цей принцип більш детально розглядається в цьому експерименті за допомогою елемента Пельтьє, який використовує властивості напівпровідника для перенесення тепла під дією електричного струму.
Завдання
Експериментальна установка
На верхню пластину термогенератора ставлять стакан з водою. Прикладіть до термогенератора напругу і виберіть полярність так, щоб верхня пластина, а отже, і вода нагрілися.
Визначте витрачену електричну енергію та отриману теплову енергію.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Теплогенератор для учнівських експериментів | 05770-00 | 1 |
| 2 | Лабораторний хімічний стакан, світлий, алюміній | 05903-01 | 1 |
| 3 | Лабораторний термометр, -10..+110°C | 38056-00 | 2 |
| 4 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 5 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 6 | Подвійні гнізда, 1 пара, червоне та чорне | 07264-00 | 1 |
| 7 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 9 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка (1/3)
1. Прикріпіть елемент Пельтьє до алюмінієвого блоку за допомогою жовтого затискача (рис. 1). Зверніть увагу, що менша сторона елемента Пельтьє знаходиться зверху.
2. Тепер підключіть термогенератор до блоку живлення за допомогою двох подвійних вилок і з'єднувальних провідників (рис. 2). Блок живлення вимкнений. Переконайтеся, що червоний провідник термогенератора підключений до негативного полюса блоку живлення ( синій роз'єм), а чорний провідник - до позитивного полюса ( червоний роз'єм).
3. Поверніть регулятор сили струму до 1 А, а регулятор напруги до упору (рис. 3).
Рисунок 1
Рисунок 3
Рисунок 2
Рисунок 4
Підготовка (2/3)
4.З одного боку алюмінієвого блоку є отвір для вимірювання температури (рис. 4).
5. Вставте один з двох термометрів у цей отвір. Переконайтеся, що кінчик термометра торкається алюмінієвого блоку (рис. 5).
6.Може бути корисно покласти інший кінець термометра, наприклад, на чохол, в якому він зберігається в коробці (рис. 6).
7. Корисними є контрольні вимірювання за допомогою інфрачервоного термометра (рис. 7).
8.Тепер занурте у воду другий термометр (рис. 8).
Рисунок 5
Рисунок 7
Рисунок 6
Рисунок 8
Підготовка (3/3)
Рисунок 9
8. Тепер підключіть мультиметр паралельно термогенератору (рис. 9).
9. Встановіть діапазон вимірювання напруги на 20 В постійного струму (рис. 10).
Рисунок 10
Виконання роботи
Рисунок 11
1. Увімкніть блок живлення і виміряйте напругу , температуру води та температуру алюмінієвого блоку (у момент часу хвил.) і запишіть їх.
2.Запустіть секундомір і виміряйте напругу та температури і у моменти часу t = 1, 2, 3, 4, 5 хвилин, занотуйте їх значення в протокол експерименту (рис. 11).
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Вставте слова в тексті Коефіцієнт корисної дії \eta теплового насоса описує, наскільки ефективно він використовує ____ для транспортування тепла, і розраховується за ____ між корисною потужністю (скільки фізичної роботи було виконано) і ____. Це важливий промисловий показник для теплових насосів, що дозволяє мінімізувати ____.