物理建模论文刘淘沙

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1、水垢对家用电热水壶热传导效率的影响山东省荷泽一中高二三十六班刘淘沙指导教师张环实验目的1、掌握数字万用表和数字钳型电流表的使用方法，正确测量水壶的功率和水壶的电阻；2、掌握温度计的使用方法，正确测量水的温度；3、掌握秒表的使用方法，止确测量时间；4、计算有无水垢情况下水壶热传导效率，对比分析水垢的影响。实验原理1、家用电热水壶的功率测量虽然每种水壶都有其标称的功率，但为了使结果更精确，需要对水壶的功率进行测量。用数字万用表测量负载的电压，用数字钳形电流表测量电流，得到U（伏特）和I（安培），则功率为：p=uXI；消耗的电能量

2、为，即水壶的发热量：Wl=PXt二UXIXt,加热所需要的时间（单位为秒）2、水吸收的热量初始温度为T1（°C），终止温度为T2（°C），质量为m（克）W2二4.19*m（T2-T1）（焦耳）3、热传导效率：19如-门）n_W1~…木实验是通过测量水壶在有无水垢情况下的热传导效率来说明经常清洗水垢对于家庭节能的重要意义。需要特别指出的是，为了避免水温过高后所需要的气化热对计算结果的影响，本实验的终止温度设定在80°Co实验仪器设备DT9801数字式万用表,UT202数字钳形电流表，酒精温度计（・10°C・105°C）,苏泊尔

3、SW17P3-180牌电热水壶（额定功率1.8KW,容量1.7L）,显筒（0-250mL）,秒表，插线板。实验内容及原始数据1.将电水壶内装入适量的自来水（在上下刻度Z间），开启电热壶，在6个不同的时间点分别测量电压、电流的数值，将测量数据记入下表。标称额定功率:1.8KW时间（秒）0306090120150电压U（V）229223223223223223电流1（A）7.807.707.657.657.657.651.用量杯量岀1.6升自來水，倒入电热壶屮（内壁附着厚厚水垢）。测量此时水壶内水的温度T1.启动加热，同时启动秒

4、表，注意观察温度计的温度。当温度到达80°C,停止秒表，记录此时秒表的计数。如此重复3次，将上述相关数据记入下表。T2=80°C,M=1600g,附着厚厚水垢初始温度（°C）202225加热时间（秒）2702622502.清除壶内水垢，重复2所述内容。将结果填入下表T2=80°C,M=1600g,清除水垢初始温度（°C）172025加热时间（秒）2492362183.壶中加入1.6升清水，按下加热开关后开始计时，水烧开后（电热壶口动跳开）停表，记录所需要的时间为：291秒。数据处理及结论1、计算电热壶的功率利电阻，见下表:标

5、称额定功率：1.8KW时间（秒）0306090120150电压U（V）229223223223223223电流1（A）7.807.707.657.657.657.65功率（W）=UXT1786.201717.101705.951705.951705.951705.95平均功率（W）=丄(Pl+P2+P3+P4+P5+P6)二1724.232、计算电热壶的效率，见下表呼1600g,附着厚厚水垢初始温度T1（°C）202225终止温度T2（°C）808080加热时间1（秒）270262250水壶发热量W1（焦耳）465542.1

6、0451748.26431057.50=PXt=1724.23Xt水吸收热®W2(焦耳)=4.19X1600(T2-TI)402240388832368720热交换效率T

7、（%）=W2/W186.4086.0785.54平均效率(%)=(r

8、i+r

9、2+r

10、3)/386.00m=1600g,清除水垢初始温度（°C）172025终止温度（°C）808080加热时间（秒）249236218水壶发热量W1（焦耳）=PXt=1724.23X1429333.2740691&28375882.14水吸收热量W2（焦耳）=4.19X160

11、0（T2-TI）422352402240368720热交换效率T

12、（%）=W2/W19&379&859&09平均效率(%)=(r

13、i+T

14、2+r

15、3)/39&441、从上面的计算结果来看：有无水垢，换热效率相差△r

16、二98.44%-86.00%二12.44%2、无水垢的情况下，烧开一壶水需要291秒，则在有水垢的情况下，烧开同样的一壶水需要：291*98.44/86.00=333.09（秒）多耗时:333-291=42（秒）实验结果的分析和讨论1.本实验所得结果与预想一致，故可认为实验是基本成功的。2.实验结果表明，水垢具有

17、隔热作用，它阻碍了热量的传递，在本实验中，使得热效率降低了12.44%。3.不要小看这12.44%,根据上而计算的结果，烧开一壶水需耍多耗42秒的时间。如果每天烧6壶开水计算，多耗电1.724*42*6/3600=0.12（KWh），这足可以将一盏5W的节能灯点亮24小时。4.节能减排已是