Studiekompasset.dkKlasse: STX 2.g · Fag: Fysik C
Opvarmning af vand
Formål
Formålet med dette forsøg er at sammenligne 4 forskellige måder at opvarme vand. Ved
forsøgene vil vi bestemme hvor meget energi der skal benyttes ved de forskellige metoder.
Herefter vil vi beregne nytte virkningen ved de forskellige metoder.
Materialer
Til de 4 forsøg blev der brugt en masse forskellige materialer.
Elkedel, vand, stopur, vægt
Dyppekoger, bæger glas, termometer
Spritbrænder, sprit, tang
El kogeplade, gryde med låg
Forsøgsopstilling
Da vi laver 4 forskellige forsøg er der 4 forsøgsopstillinger:
STX 2.g
2.t 23/10 14
Fysik
Fysik C 23/10-14
Teori
Nyttevirkningen i hvert af disse forsøg beregnes ved:
𝜼 =
𝑬
𝒖𝒅𝒏𝒚𝒕𝒕𝒆𝒕
𝑬
𝒕𝒊𝒍𝒇ø𝒓𝒕
I alle forsøg beregnes den udnyttede energi ved.
𝑬
𝒖𝒅𝒏𝒚𝒕𝒕𝒆𝒕
= 𝒄
𝒗
𝒎
𝒗
∆𝑻
hvor 𝑐
𝑣
er vands varmefylde, 𝑚
𝑣
er massen af det opvarmede vand og ∆𝑇 er temperaturstigningen. I
første forsøg bestemmes den tilførte energi ved:
𝑬
𝒕𝒊𝒍𝒇ø𝒓𝒕
= 𝒎
𝒔𝒑𝒓𝒊𝒕
𝑩
hvor 𝑚
𝑠𝑝𝑟𝑖𝑡
er massen af sprit der er brugt ved opvarmningen og B er brændværdien af sprit.
Fysik C 23/10-14
Fremgangsmåde
Opvarmning med spritbrænder
500ml vand måles i et bægerglas og hæles i beholderen. Denne beholder vejes både før og efter
påfyldning af vand. Herefter tager vi temperaturen på det vand der skal koges. Beholderen
med sprit vejes før forsøget startes og efter opvarmningen, så massen af det brugte sprit kan
beregnes. Herefter tændes spritten og beholderen med vand sættes ovenpå. Stopuret starter
her. Dette forsætter indtil vi med termometeret kan se, at vandets temperatur rammer 100
grader. Nu stoppes stopuret og tiden aflæses. Herefter bruges tangen til at fjerne vand
beholderen og flammen slukkes med spritbeholderlåget. Nu skal spritten nedkøles, så vi kan
veje den.
Opvarmning med dyppekoger
Først vejes massen af bægerglasset uden 500 ml vand og derefter vejes den med 500ml vand i.
Temperaturen for dette vand måles med termometeret. Tiden startes og dyppekogeren sættes
i vandet og energimåleren tændes, så den elektrisk tilførte energi kan måles. Af og til drejes der
rundt i vandet med dyppekogeren så vandet har samme temperatur overalt i bægerglasset.
Dette forsættes indtil termometeret viser 100 grader. Den elektrisk tilførte energi aflæses nu
på energimåleren og stopuret stoppes og aflæses.
Opvarmning i en elkedel
Først vejes massen af den tomme elkedel og derefter med 500 ml vand i. Temperaturen for
dette vand måles med termometeret. Tiden startes og elkedlen og energimåleren tændes.
Energimåleren måler den elektrisk tilførte energi til vandet. Forsøget forsættes indtil den lille
knap på elkedelen går af, som viser, at vandets temperatur er 100 grader. Den elektrisk tilførte
energi aflæses nu på energimåleren og stopuret stoppes og aflæses.
Opvarmning på en el kogeplade
Først vejes massen af gryden uden 500 ml vand og derefter vejes den med 500ml vand i.
Temperaturen for dette vand måles med termometeret. Tiden startes og el kogepladen tændes
og energimåleren startes, så den elektrisk tilførte energi kan måles. Af og til drejes der rundt i
vandet med termometeret så vandet har samme temperatur overalt i gryden. Dette forsættes
indtil termometeret viser 100 grader. Den elektrisk tilførte energi aflæses nu på
energimåleren og stopuret stoppes og aflæses.
Resultater
Opvarmning med spritbrænder:
Nyttevirkningen ved opvarmning af spritbrænder er 41,7%
Fysik C 23/10-14
Opvarmning med dyppekoger:
Nyttevirkningen ved opvarmning af dyppekoger er 71,2%
Opvarmning i en elkedel:
Nyttevirkningen ved opvarmning af dyppekoger er 60.86%
Opvarmning på en el kogeplade:
Nyttevirkningen ved opvarmning af dyppekoger er 53,79%
Behandling af målresultater
Nedenstående er alle vores målresultater. Herefter skal tallene bruges til at beregne nytte
effekten.
Opvarmning med spritbrænder
Masse af beholder med sprit før opvarmning: 130.5g
Masse af beholder med sprit efter opvarmning: 116g
Masse af brugt sprit: 14,5g
Masse af tom gryde: 112,1g
Masse af gryde med 0.5liter vand: 612,1 g
Masse af opvarmet vand: 500g
Temperatur af vand før opvarmning: 26,8 grader
Tid for opvarmningen: 9min 23 sekunder
Opvarmning med dyppekoger
Masse af tomt glas: 169 g
Masse af glas med 0.5 liter vand: 669g
Masse af opvarmet vand: 500 g
Temperatur af vand før opvarmning: 25,2 grader
Fysik C 23/10-14
Tid for opvarmningen: 12 min 38 sekunder
Tilført elektrisk energi: 219,6 kJ
Opvarmning i en elkedel
Masse af tom elkedel: 565 g
Masse af elkedel med 0.5liter vand: 1065 g
Masse af opvarmet vand: 500 g
Temperatur af vand før opvarmning: 24,6 grader
Tid for opvarmningen: 2 min 40 sekunder
Tilført elektrisk energi: 258,9 kJ
Opvarmning på en el kogeplade
Masse af tom gryde: 978 g
Masse af gryde med 0.5liter vand: 1476 g
Fysik C 23/10-14
Masse af opvarmet vand: 500 g
Temperatur af vand før opvarmning: 25,1 grader
Tid for opvarmningen: 13 min 45 sekunder
Tilført elektrisk energi: 291 kJ
Usikkerheder
Der kan være usikkerhed på instrumentet da termometeret kun kan måle ved 0.1. Ved vægtene
vi bruger er der en usikkerhed på 0.1g. Der kan også være usikkerhed på vandet vi måler, da
temperaturen i vandet kan variere, hvis det ikke er rørt ordentligt rundt.
Fejlkilder
Der kan være varmetab til omgivelserne. Dette ses specielt hvis man er rigtig langsom
til at lukke spritbrænderen.
Kogepladens nyttevirkning kan også variere fordi kogepladens energispild er høj.
Kogepladens energi er, udover til opvarmning af vandet, også gået til omgivelserne.
Dette forebygges ved at putte låg på gryden.
Elkedlens varmelegemer var kalket til, hvilket kan have resulteret i et unødigt
energitab, da det tager ekstra tid at opvarme vandet.
Konklusion
Vi kan ved hjælp af dette forsøg konkludere, at det miljømæssigt er bedst at bruge
dyppekogeren, som har en nyttevirkning på 71,2%, selvom det tager lidt lang tid at varme
vandet op til 100 grader.
I forsøgene lykkedes det at måle det vi skulle og udregne nyttevirkningerne af de fire
forskellige metoder at opvarme vand på.
Fysik C 23/10-14
Forskellen på de forskellige nyttevirkninger er faktisk ikke så stor som jeg havde forventet.
Dette kan være pga. nogle af de overstående fejlkilder og måleusikkerheder.
Selvom dyppekogerens nyttevirkning på 71,2% er bedst, kan man ved tidspres vælge at bruge
elkedlen til opvarmning af vand, da den til fordel for dyppekogeren, som tager 12 minutter og
38 sekunder, kun tager 2 minutter og 40 sekunder at få vandet op og koge. Derudover er
forskellen på tilført elektrisk energi på de to metoder ikke mere end 39,3kJ, så hvis man har
rigtig travlt kan det godt svare sig at bruge elkedlen.