Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Якщо через елемент Пельтьє протікає електричний струм, то одна сторона нагрівається, а інша охолоджується. Температура теплої сторони впливає на температуру холодної сторони.
Це можна використовувати, наприклад, для охолодження за допомогою тепла навколишнього середовища: Якщо теплу сторону підтримувати при постійній температурі за допомогою повітря, води або землі (геотермальне тепло), то холодна сторона охолоджується сильніше, ніж при використанні теплоносія. Алюмінієвий блок термогенератора використовується в цьому експерименті як накопичувач.
Додаткова інформація для викладачів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями термодинаміки.
Принцип
У цьому експерименті використовується елемент Пельтьє і спостерігається теплорозподіл з різними поверхнями.
Додаткова інформація для викладачів (2/3)
Мета навчання
Учні дізнаються, як температура навколишнього середовища впливає на тепловіддачу елемента Пельтьє.
Завдання
Зміна температури навколишнього середовища під час нагрівання елемента Пельтьє:
a) з алюмінієвим блоком в якості основи
б) з повстяною пластиною в якості основи
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Експеримент складається з двох частин. Переконайтеся, що між цими частинами є достатньо часу для того, щоб обидві сторони термогенератора знову адаптувалися до кімнатної температури. Наприклад, нагріту сторону термогенератора можна покласти на стіл, щоб вона охолола.
На початку частин експериментів вода в склянці повинна мати однакову температуру.
Результати залежать від температури навколишнього середовища, тому показання можуть відрізнятися від попереднього вимірювання.
Крім того, переконайтеся, що блок живлення завжди вимикається через 5 хвилин для захисту термогенератора. Особливо без алюмінієвого блоку для охолодження, термогенератор може перегрітися.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Кімнатний обігрівач для регулювання температури навколишнього середовища
Елементи Пельтьє можуть використовувати доступну енергію з навколишнього середовища для перенесення тепла.
Це особливо корисно, тому що цю енергію не потрібно було попередньо перетворювати складним способом, щоб виконати фізичну роботу, корисну для людини. Тому корисна потужність є вищою за вкладену потужність.
Для того, щоб краще використовувати цей принцип, дуже важливо розуміти, як саме температура навколишнього середовища впливає на фізичні процеси.
Завдання
Експериментальна установка
Зміна температури навколишнього середовища під час нагрівання елемента Пельтьє:
a) з алюмінієвим блоком в якості основи
б) з повстяною пластиною в якості основи
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Теплогенератор для учнівських експериментів | 05770-00 | 1 |
| 2 | Фетр, листовий, 100x100 мм | 04404-20 | 1 |
| 3 | Лабораторний термометр, -10..+110°C | 38056-00 | 1 |
| 4 | Лабораторний хімічний стакан, світлий, алюміній | 05903-01 | 1 |
| 5 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 6 | Подвійні гнізда, 1 пара, червоне та чорне | 07264-00 | 1 |
| 7 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 10 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
Рисунок 1
1.Помістіть алюмінієвий блок на стіл маленькою стороною донизу.
Прикріпіть модуль Пельтьє до алюмінієвого блоку за допомогою затискача таким чином, щоб його більша сторона була спрямована вниз (рис. 1).
2.Підключіть термопару до блоку живлення через подвійні вилки (рис. 2).
Переконайтеся, що синій кабель блоку живлення з'єднаний з червоним кабелем термопари і навпаки.
Рисунок 2
Виконання роботи (1/4)
Рисунок 3
Експеримент частина 1
1. Наповніть порожній стаканчик 30 мл води і поставте її на термогенератор (рис. 3).
2.Помістіть термометр у порожній стакан (рис. 4).
Зачекайте трохи, поки температура води зрівняється з температурою в приміщенні.
Рисунок 4
Виконання роботи (2/4)
Рисунок 5
3. Поверніть ручку регулювання сили струму на 1 А. Встановіть напругу на 12 В (рис. 5)
4.Виміряйте початкову температуру води і запишіть її як при t = 0 у протокол експерименту.
5.Увімкніть блок живлення. Вимірюйте температуру кожні 30 секунд і запишіть її як .
Зупиніть вимірювання через 4 хвилини (240 секунд) і вимкніть живлення.
6. Доторкніться до нижньої пластини термогенератора (рис. 7). Яку Ви відчуваєте температуру?
Рисунок 6
Виконання роботи (3/4)
Малюнок 7
Експеримент частина 2
1.Налийте свіжу воду в алюмінієвий стакан.
Зніміть термогенератор з алюмінієвого блоку і покладіть його теплою стороною на стіл.
2. Зачекайте, поки обидві сторони термогенератора знову адаптуються до кімнатної температури.
Помістіть термогенератор на повстяну (фетрову) пластину (рис. 7).
Виконання роботи (4/4)
3.Зачекайте, поки температура води вирівняється з початковою температурою в першій частині експерименту, і запишіть її як при t=0.
Повторіть експеримент, як у 1-й частині експерименту.
Запишіть свої показання як .
4. Тепер доторкніться до нижньої пластини термогенератора. Яку Ви відчуваєте температуру?
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Вставте слова в тексті У цьому експерименті ____ слугує замінником навколишнього середовища. Тепло відводиться від нього за допомогою ____, що призводить до ____. Кількість тепла Q_{Al}виділеного алюмінієвим блоком, обчислюється як ____ його маси m , ____ c_{Al} і різниці температур \Delta T.
Завдання 3
Вставте індекси, щоб встановити правильну формулу для коефіцієнта корисної дії в експерименті
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: ел; Al; \eta; =; +; в; Q. Місця на схемі: w; ел ел; А/п.
= електричний, = алюміній, = виділене тепло