Fyzikální praktikum 1

Podobné dokumenty
Fyzikální praktikum 1

Fyzikální praktikum 1

plynu, Měření Poissonovy konstanty vzduchu

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Měření Poissonovy konstanty vzduchu. Abstrakt

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

Úloha č. 3: Přeměna práce Stirlingova motoru na elektrickou energii

Fyzikální praktikum 1

du dq dw je totální diferenciál vnitřní energie a respektive práce. Pokud systém může konat pouze objemovou práci platí OCHV

2. Změřte a nakreslete časové průběhy napětí u 1 (t) a u 2 (t). 3. Nakreslete převodní charakteristiku komparátoru

1 Pracovní úkoly. 2 Vypracování. Úloha #9 Akustika.

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Šetrná jízda. Sborník úloh

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Vakuum turbomolekulární vývěvy

Laboratorní cvičení z fyziky Stavová rovnice plynu

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Řešené úlohy ze statistické fyziky a termodynamiky

FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 8: Závislost odporu termistoru na teplotě

9. MĚŘENÍ TEPELNÉ VODIVOSTI

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

Fyzikální praktikum...

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 4: Balmerova série vodíku. Abstrakt

Základní praktikum laserové techniky

Práce tepelného stroje

1. Změřte voltampérovou charakteristiku vakuové diody (EZ 81) pomocí zapisovače 4106.

Fyzikální praktikum...

12. Termomechanika par, Clausius-Clapeyronova rovnice, parní tabulky, základni termodynamické děje v oblasti par

9. MĚŘENÍ SÍLY TENZOMETRICKÝM MŮSTKEM

Měření kinematické a dynamické viskozity kapalin

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Ohmův zákon, elektrický odpor, rezistory

Jak pracovat s absolutními hodnotami

GENERÁTOR NEHARMONICKÝCH PRŮBĚHU 303-4R

Pavel Dědourek. 28. dubna 2006

Fyzikální praktikum 1

Název: Chování cívky v obvodu, vlastní indukce, indukčnost

TEPELNÉ MOTORY (první část)

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

Autor: Mgr. Lucia Klimková Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

10a. Měření rozptylového magnetického pole transformátoru s toroidním jádrem a jádrem EI

Základní škola národního umělce Petra Bezruče, Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454. Název DUM: Výkon v příkladech

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Stanovení účinnosti spalování biomasy, měření emisí

Elektrotechnické znač Elektrotechnické zna k č y k transformátor ů v jednopólových schématech Značky ve schématech El kt e ro kt t h ec ni k c á kká

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

1. Změřte statickou charakteristiku termistoru pro proudy do 25 ma a graficky ji znázorněte.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Tepelná vodivost. střední rychlost. T 1 > T 2 z. teplo přenesené za čas dt: T 1 T 2. tepelný tok střední volná dráha. součinitel tepelné vodivosti

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium harmonických kmitů mechanického oscilátoru

sf_2014.notebook March 31,

NETYPICKÉ VYUŽITÍ INDUKČNÍHO VAŘIČE

Laboratorní úloha KLS 1 Vliv souhlasného rušení na výsledek měření stejnosměrného napětí

Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ 2013

OVMT Měření základních technických veličin

MĚŘENÍ HYSTEREZNÍ SMYČKY TRANSFORMÁTORU

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Obrázek 1: Schema čtyřbodového zapojení (převzato z [1]) 2. Změřte odpor šesti drátů Wheatstoneovým a Thomsonovým můstkem Metra - MTW.

1. Faradayovy zákony elektrolýzy Cíle Ověřit platnost Faradayových zákonů elektrolýzy. Cílová skupina 2. ročník Klíčové kompetence

Domácí práce č.1. Jak dlouho vydrží palivo motocyklu Jawa 50 Pionýr, pojme-li jeho nádrž 3,5 litru paliva o hustote 750kg m 3 a

V i s k o z i t a N e w t o n s k ý c h k a p a l i n

Základním praktikum z laserové techniky

Ústav fyziky a měřicí techniky Laboratoř chemických vodivostních senzorů

Experimenty s textilem ve výuce fyziky

REKTIFIKACE DVOUSLOŽKOVÉ SMĚSI, VÝPOČET ÚČINNOSTI

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky optoelektronických součástek

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

SMĚŠOVAČ 104-4R

Identifikátor materiálu: ICT 2 51

Kvadratickou funkcí se nazývá každá funkce, která je daná rovnicí. Definičním oborem kvadratické funkce je množina reálných čísel.

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Měření indexu lomu Jaminovým interferometrem

17 Vlastnosti ručkových měřicích přístrojů

3. STANOVENÍ RYCHLOSTI PROPUSTNOSTI PRO PLYNY U PLASTOVÝCH FÓLIÍ

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Úloha 1: Zapojení integrovaného obvodu MA 7805 jako zdroje napětí a zdroje proudu

MĚŘENÍ HYSTEREZNÍ SMYČKY TRANSFORMÁTORU

4. STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

Praktikum III - Optika

Měření kapacity Opakování kapacita C (farad F) kapacita deskového kondenzátoru

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

TÉMA: Molekulová fyzika a tepelné děje v plynech VNITŘNÍ ENERGIE TĚLESA

KINAX WT 711 Programovatelný převodník úhlu otočení

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

TEPELNÉ ÚČINKY EL. PROUDU

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Měření teploty, měření vlhkosti vzduchu

L a b o r a t o r n í c v i č e n í z f y z i k y

Copyright c R.Fučík FJFI ČVUT Praha, 2008

R w I ź G w ==> E. Přij.

ZÁKLADNÍ ŠKOLA KOLÍN II., KMOCHOVA 943 škola s rozšířenou výukou matematiky a přírodovědných předmětů

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu. P = 1 T

Obecná rovnice kvadratické funkce : y = ax 2 + bx + c Pokud není uvedeno jinak, tak definičním oborem řešených funkcí je množina reálných čísel.

1 Pracovní úkoly. 2 Úvod. 3 Vypracování

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů logického obvodu, část 3-6-3

VYHLÁŠKA o způsobu stanovení pokrytí signálem zemského rozhlasového vysílání šířeného ve vybraných kmitočtových pásmech Vymezení pojmů

Zařízení pro obloukové svařování kontrola a zkoušení svařovacích zařízení v provozu ČSN EN

Transkript:

Fyzikální praktikum 1 FJFI ČVUT v Praze Úloha: #12 Stirlingův stroj Jméno: Ondřej Finke Datum měření: 1.12.2014 Kruh: FE Skupina: 4 Klasifikace: 1. Pracovní úkoly (a) V domácí přípravě diskutujte rozdíl mezi pv diagramem Carnotova cyklu a Stirlingova procesu. Dále porovnejte účinnosti těchto dvou procesů a diskutujte, který je účinnější. (b) Spočítejte celkový výkon lihového vařiče P L. (c) Naměřte a následně nakreslete do grafu závislost elektrického výkonu P e na počtu otáček N. Tuto závislost proložte polynomem 2. stupně a určete při jakých otáčkách má stroj největší výkon. Alespoň pro tři body zaznamenejte příslušný pv diagram. (d) Sestavte Stirlingův stroj jako chladničku, zaznamenejte pv diagram ve chvíli ΔT < 0 a diskutujte jeho tvar. (e) Porovnejte elektrickou práci W e a plochu pod křivkou W pv a pv diagramu. (f) Spočítejte celkové i dílčí účinnosti pro měření se zaznamenanými pv diagramy a disktujte je. 2. Použité přístroje a pomůcky Stirlingův motor, lihový vařič, skleněné závětří, pv NT měřící jednotka, 2-kanálový osciloskop, regulovatelný zdroj 0-20V, líh, kabely, ampérmetr, voltmetr, odporová dekáda, stopky. 3. Teoretický úvod Výkon lihového vařiče získáme podle vzorce (1), který jsem převzal z [2]. H je zde výhřevnost paliva, Δm je změna hmotnosti vařiče a t je doba, po kterou vařič hořel. P L = H Δ m t Schéma Stirlingova motoru nalezneme na obrázku (Obr. 1). V systému se nachází dva písty s vzájemnou posunutou fází. Objem ve vodorovné části se nemění, pohybem pístu se proto mění pouze teplota. V prostoru s vertikálním pístem ovšem ke změně objemu. Motor prochází celkem čtyřmi fázemi během svého cyklu. (1) Isotermní expanze (2) Isochorický proces, během něhož se plyn ochladí (3) Isotermní komprese, během které teplo vzniká a práce je systémem konána. (4) Isochorický proces, během něhož se do systému dodá teplo. (1) - 1 -

Obr. 1 Schéma Stirlingova stroje převzato z [2] Pro zjištění účinnosti Stirlingova stroje budeme předpokládat, že vzduch nacházející se uvnitř je ideální, tj. Je dokonale stlačitelný a nemá vnitřní tření. Pro takovýto plyn platí (2), pv =nrt (2) kde p je tlak plynu, V je jeho objem, n počet molů plynu v systému, R molární plynová konstanta a T teplota v kelvinech. Pro práci následně platí (3) 2 W= p(v )dv (3) 1 Nyní můžeme z (1) získat tlak v závislosti na objemu a dosadit ho do integrálu (3). Tímto získáme práci vykonanou v první a třetí fázi cyklu. Během druhé a čtvrté se objem nemění => vykonaná práce je nulová. Celkovou práci tedy získáme jako (4). W c =W 1 +W 3 =nr(t 1 T 3 )ln V 3 V 1 Indexy zde odpovídají číslu daného cyklu. Víme, že V 2 > V 1 a proto o chování stroje rozhoduje velikost teplot T 1 a T 2. Maximální účinnost poté určíme jako (5). (4) η s = W celková Q přijaté = W c W 1 = T 1 T 2 T 1 Z tohoto vzorce vidíme, že stroj je účinější, čim je rozdíl termodynamických teplot větší. (5) 4. Postup měření 4.1 Stirlingův stroj jako generátor Tuto úlohu jsme kvůli nefunkčnosti měřící soustavy neměřili! Před zjištěním nefunkčnosti jsme nejdříve zkalibrovali měřící soustavu podle návodu v [2]. Naplnili jsme lihový vařič a zvážili ho. Motor jsme zapojili do elektrického obvodu obsahující Ampérmetr a odporovou dekádu. Přesné - 2 -

schéma v [2]. Po zapálení lihového vařiče jsme vyčkali až získáme rozdíl teplot 80 C. Po dosažení této teploty jsme měli rozběhnout Stirlingův stroj. To se bohužel nepodařilo, neboť stroj byl poškozený. Tento problém jsme diskutovali s asistenty a poté se rozhodli tuto úlohu ukončit. 4.2 Stirlingův stroj jako chladnička V této úloze se používá Stirlingův stroj jako chladnička a proto je do něj dodávaná energie. Díky tomu jsme i přes jeho poškození mohli zkusit tuto úlohu provést. Motor jsme zapojili podle obrázku (Obr. 2) a přes zdroj jsme do něj pouštěli přiměřený proud. Motor se rozběhl a na osciloskopu jsme pozorovali pv diagram. Kvůli poškození přístroje jsou ovšem naměřená data opět nepoužitelná. Obr. 2: Schéma zapojení stroje jako chladničky, převzato z [2] 5. Vypracování Kvůli tomu, že stroj nefungoval jsme nenaměřili žádné data. K vypracování proto používáme ukázková data z doby, kdy úloha fungovala. Nejdříve vypočítáme výkon lihového vařiče. Výhřevnost je podle [3] H = 28865 kj Kg -1. Za dobu t = (4797 ± 1) s vařič spotřeboval Δm = (32.3 ± 0.1)g. Výkon vypočítáme podle (1) a získáme hodnotu P L = (194.35 ± 0.03) W. Pomocí vztahu (6) získáme výkon Stirlingova motoru k úkolu c, P s =UI (6) Kde U je napětí a I proud v obvodu. Naměřená data i s výpočtem jsme zanesli do tabulky (Tab.1). Poté do grafu (Obr. 3) zaneseme závislost výkonu P s na počtu otáček N. Graf proložíme fitem ve tvaru f(x) = Ax 2 + Bx + C, kde konstanty mají výslednou hodnotu A = (-0.0025 ± 0.0003), B = (2.95 ± 0.39) a C = (-601.047 ± 115.8). Z toho určíme, že maximální výkon nastane při otáčkách N maxp = (590 ± 10) RPM. N [RPM] I [ma] U [V] P s [mw] 850 10.00 ± 0.10 6.8 ± 0.1 68.00 ± 0.02 835 12.10 ± 0.10 6.9 ± 0.1 83.49 ± 0.02 830 17.50 ± 0.30 6.8 ± 0.1 119.00 ± 0.02 822 19.00 ± 0.30 6.7 ± 0.1 127.30 ± 0.02 777 21.80 ± 0.30 6.6 ± 0.1 143.88 ± 0.02 780 22.50 ± 0.30 6.1 ± 0.1 137.25 ± 0.02 754 26.50 ± 0.30 5.9 ± 0.1 156.35 ± 0.02 714 46.00 ± 1.00 5.5 ± 0.1 253.00 ± 0.03 647 56.00 ± 1.00 4.8 ± 0.1 268.80 ± 0.03 582 64.00 ± 1.00 3.7 ± 0.1 236.80 ± 0.03 445 100.00 ± 1.00 2.0 ± 0.1 200.00 ± 0.03 351 108.00 ± 1.00 1.2 ± 0.1 129.60 ± 0.03 Tab. 1 N počet otáček za minutu, I proud, U napětí a P s výkon Stirlingova stroje. - 3 -

Elektrickou práci vypočítáme jako (7), Obr. 3 Závislost výkonu P na otáčkách N. kde f je frekvence. Jednotlivé účinnosti spočítáme jako. η 0 =W 1 /W L,kdeW L =P L /f η i =W pv /W t η d =W e /W pv η n =η d η 0 η i η C Naměřené hodnoty zaneseme do tabulky (Tab. 2). W e = P e f (7) (8) (9) (10) (11) W e [μj] W 1 [J] W L [J] W t [J] W pv [J] 5.9 ± 0.5 405.0 n 13.9 ± 0.9 8.6 ± 0.7 402.3 n 14.0 ± 0.9 24.9 ± 1.6 411.4 n 18.1 ± 0.8 Tab. 2 Naměřené hodnoty pro rozdíl teplot od shora ΔT = 443.15, ΔT = 446.15 a ΔT = 450.15 Hodnoty W t a W pv jsem nepochopil jak mám počítat. Jelikož mi tyto hodnoty chybí k dalším výpočtům, od této chvíle jsem již nepokračoval. 6. Diskuze Měření jsme vůbec nedělali, protože nejdůležitější část, Stirlingův stroj, vůbec nefungoval. Během - 4 -

prvního měření jsme zjistili, že osa ke které jsou přidělány oba pístky a která přenáší energii do motorku je trošku ohnutá a kvůli tomu tam vzniká příliš velké tření. To při úloze c způsobilo, že v tu chvíli, kdy jsme měli stroj zprovoznit a nechat běžet, vždy se po chvilce zastavil. Úlohu s chladničkou jsme mohli alespoň zprovoznit. Během tohoto měření ale měla nastat chvíle, kdy se na osciloskopu izotermy překryjí. K této skutečnosti ale nedošlo a jenom nám to potvrdilo, že soustava je poškozená. Námi použitá data jsou proto data ukázková. Při výpočtu jsem zjistil, že nerozumím úlohám e a f. Zjistit tvar velikosti plochy pod křivkou elektrické práce i plochy pv diagramu se mi nezdařilo, protože jsem neznal a nedokázal spočítat ani jednu funkci, která v těchto grafech vystupovala. Ze stejného důvodu jsem poté nedokázal vypočítat práce pro poslední úlohu. V dalším měření bych toto rád zlepšil tak, že se budu snažit zadání pochopit opravdu důkladně a protokol budu vypracovávat dříve než večer před dalším měřením, abych měl čas se případně zeptat čemu jsem nerozuměl. 7. Závěr Výkon lihového vařiče jsme vypočítali jako P L = (194.35 ± 0.03) W. Dále jsme zjistili, že největšího výkonu dosahuje Stirlingův stroj při otáčkách N maxp = (590 ± 10) RPM. Vypočítat dílčí účinnosti a porovnat plochy křivek se mi nezdařilo. 8. Použitá literatura [1] Chyby měření. In: [online]. FJFI v Praze, 2014 [cit. 2014-11-08]. Dostupné z: http://praktikum.fjfi.cvut.cz/documents/chybynav/chyby1 n.pdf [2] Stirlingův stroj. [online]. FJFI v Praze, 2014 [cit. 2014-11-08]. Dostupné z: http://praktikum.fjfi.cvut.cz/pluginfile.php/2128/mod_resource/content/6/12-140920-stirling.pdf [3] Výhřevnost. [online]. 2014 [cit. 2014-12-07]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/v%c3%bdh%c5%99evnost - 5 -