Wirkungsgrad Glühbirne?
Hallo!
Weiß jemand was an diesem Experiment falsch ist?
Was ist das Ergebnis des Experiments, wie berechnet man den Wirkungsgrad korrekt?
Hier der Versuchsaufbau:
2 Antworten
Die Messwerte
... ok die U/I Werte wurde richtig abgelesen. dort also kein Fehler . . .
was passiert in dem schwarzen und weißen Kasten?
irgendwo muss es richtig warm werden, wenn 60 Watt verheizt werden
Jetzt noch deine Anmerkung, dass das Lämpchen nicht leuchtete, das ist merkwürdig. Kannst du das noch klären... also die Lämpcheneinheit untersuchen, was da wirklich drin ist bzw. herausfinden warum das Lämpchen nicht leuchtet.
Hi - der Versuch ist im Ablauf eher grenzwertig (aber nicht gruindsätzlich falsch!).
Schauen wir uns den Temperaturverlauf an von 0-180s an.
0 T=16 Grad
60 T = 17,2 Grad delta T = 1,2 Grad
120 T = 17,8 Grad delta T = 0,6 Grad
180 T = 18 Grad delta T = 0,2 Grad
Man erkennt, dass der Temperaturverlauf (Heizkurve) immer flacher wird. Was ist der Grund? Die Heizleistung der Glühbirne wird im Wesentlichen nicht zum Aufheizen des Wassers, sondern zur Deckung der Verluste genutzt. Von 340s bis 420s tut sich praktisch nichts mehr an der Temperatur, wir haben etwa 18,6 Grad konstant. Bei dieser Temperatur wird die GESAMTE Heizleistung dazu benutztm die Verluste abzudecken. Mit anderen Worten: Bei 18,6 Grad Wassertemperatur geht die Leistung u*i nicht ins wasser sondern fließt über das Kalorimeter in die Umgebung ab.
Was schleßen wir daraus? wir können zur Bestimmung des Wirkungsgrades unmöglich eine lange Zeit annehmen, weil dann die Verlustanteile dominant sind. Wenn du zwischen 340s und 420s den Wirkungsgrad bestimmen würdest, dann wäre der nahe Null, weil sich das Wasser trotz zugeführter Leistung nicht erhöht.
Ich würde den Wirkungsgrad zwischen 0 und 10s bestimmen. Grund: hier verzeichnen wir die größte Temperaturänderung pro Zeit. In den ersten 10s erhöht sich T um 0,8 Grad; in den zweiten 10 s nur noch um 0,1 Grad . . . hier flacht die Kurve schon ab. Der Versuch ist grundsätzlich ok - allerdings sollte der Wirkungsgrad nur bei kurzer Versuchsdauer bestimmt werden.
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Ergänzung . . . ich habe ein bisserl gerechnet. Innerhalb der ersten 10s verfeuern wir u*i*t = 8,62V*7,08A*10s = 610,3 Ws = Elampe
Das wasser erwärmt sich um 0,8 Grad, das entspricht der Energie
Ewasser = m*c*deltaT = 0,1kg*4,19*10^3kJ/kg/K*0,8K = 335,2 Ws
Der Wirkungsgrad für "heizen" ist also E-Wasser/E-Lampe = 335,2/610,3 = 0,55.
Jener für das Licht wäre dann 1-0,55 also 0,45.... Das ist viel zu viel, also zu hoch, denn die Lichausbeute bei Glühlampen liegt bei ca 5%, also 0,05. Wir liegen also um den Faktor 10 daneben.
Welche Gründe kann es geben?
- wir haben keine gute Durchmischung in der Meßzelle
- Ableseungenauigkeit innerhalb der 10s, aber selbst wenn die Temperatur falsch abgelesen wurde, kannder Faktor 10 damit nicht erklärt werden
- Die Verluste im Kalorimeter sind nicht vernachlässigbar
ok . . . habe ien paar Abschätzungen gemacht . . der Wasserwert wird es nicht richten. Ich tippe auf die Strom-Spannungsmessung. Die ergibt ja etwa 60W. Das ist ein ganz ordentlicher Brenner und eher bei "Lämpchen" nicht zu finden und bei 8,6V 7 A durch ein Kabel zu heizen, brauch schon eine dicke Leitung und ein ordentliches Netzteil... weiß nicht, ob ihr so etwas im Versuch hattet. Dann: wir haben ja eine konstante Temperatur von 18,6Grad obwohl 60W eingespeist werden. das ist icht realistisch.... dann müssten 60W über das Kaloriemeter abfließen... Vielleicht kannst du das mal überprüfen: stimmen die 8,6V und besonders die 7 A . . . gerne gemachter Fehler: den Meßbereich nicht richtig berücksichtigt. also, wenn aus dem Netzteil nur Drähtchen und keine Kabel rauskoimmen, dann passen die 7A nicht.
Ich habe oben nochmal den Versuchsaufbau angefügt, beim Gerät sind 12 V eingestellt und 6 A können irgendwie durchlaufen?
Aber was macht man dann mit den Werten die die anderen 2 Geräte anzeigen?
Hi . . wichtig ist letztlich die Messung von Strom und Spannung, denn das geht sozusagen "in die Glühbirne" ... und da ist eine Unstimmigkeit. wenn wir nur die "runden" zahlen nehmen, dann verheizen wir etwa 60Watt. Die Energiegleichung sagt uns: E = m*c*T, (genauer wäre es, in Differenzen zu rechnen... aber...egal). Nehmen wir hier die Leistung statt der Energie ... also Energie/Zeit, dann gibt das
E/Zeit/m*c = T/Zeit oder: Leistung/m*c = T/Zeit also, die Leistung bestimmt die zeitliche Temperaturänderung.
Mit Zahlen . . . . 60NM/s / 0,1kg / 4,2 kNm/kg/K = 0,14 K/s, also eine Temperaturänderung von 0,14 K/s. Nehmen wir z.B. eine Meßzeit von 10 s, dann wären das 1,4 K in 10 s oder 2,8 K in 20 s .... da kommen wir im Versuch lange lange nicht dran.... War die Glübirne vol eingetaucht? Die 60 W gelangen auf jeden Fall nicht ins Wasser. Ich habe in die Antwort noch das Diagramm der Messwerte eingefügt . . . das ist nicht nachvollziehbar 60 Watt rein und keine Temperaturänderung . . . Ich denke der Versuch sollte wiederholt werden,
Wurde bzw. sollte denn jetzt die Wärmekapazität des Gefäßes berücksichtigt werden? Auf der ersten Seite wird es zwar beschrieben und dann erwähnt, dass es vernachlässigt werden soll, auf der zweiten Seite hingegen taucht der Hinweis auf, dass man es bestimmen sollte. Was habt ihr konkret gemacht?
Auf was bezieht sich die kg Angabe? Auf das Wasser allein oder auf das Gefäß inklusive Wasser?
Der Wert mit 96% kann natürlich nicht wahr sein, auch wenn das aus der Rechnung mit den Tabellenwerten so hervorgeht. Laut den Tabellenwerten wäre die elektrische Energie rund 25,6 kJ und die an das Wasser abgegebene Wärmemenge gerade mal 1,1 kJ. Das wären wahnsinnig niedrige Wärmeverluste für eine Glühbirne.
Die Gleichungen sind aber i.O.
Hier mit deinen restlichen Schülern und der Lehrkraft abklären bzgl. Messwerte.
Hello . . . mich sört vor allem die Heizkurve. gegen Ende erreichen wir den Beharrungszustand; wir befeuern nur noch die Umwelt. Ich denke, der Wasserwert des Kalorimeters muss noch rein.... und: ca 60 Watt,nur um die Temperatur zu halten ist schon ein bisserl seltsam . . was meinst du?
Die Wärmekapazität des Gefäßes soll nicht beachtet werden
Die Wärmekapazität des Gefäßes soll nicht beachtet werden
Danke für deine Antwort!
Das merkwürdige bei dem Experiment ist, dass meine Mitschüler (die das Experiment durchgeführt haben) meinten, dass die Birne während dem Experiment garnicht geleuchtet hat.
An den Werten wird also irgendetwas nicht stimmen…
Wie würde man die Wärmekapazität des Kalorimeters denn bestimmen?
Unser Lehrer beantwortet uns keine Fragen, wir sollen alles alleine machen, nichtmal den Versuchsaufbau/-Durchführung hat er erklärt…