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Titel:

Tauchsiederversuche


  Note: 2+   Klasse: 9









Arbeit: Tauchsiederversuche


Vorbereitung

Energie:
Die elektrische Energie W ist das Produkt aus der Spannung U, der Stromstärke I und der Zeit t

Zusammenhang zwischen kWh und J :
Wattsekunde Ws und Kilowattstunde kWh sind praktische Einheiten für die Energie. Es gilt:
1 Ws = 1 J und 1 kWh = 3.600.000 J
1 J = 1 / 3.600.000 kWh

Leistung:
Per Quotient aus der übertragenen Energie W und der zugehörigen Zeit t ist die Leistung.
P = W / t = ( U * I * t ) / t = U * I
1 I / U = 1 W 1000 W = 1 kWh

Stromstärke
I = Q / t 1 A = 1 C / 1 s
Q ist dabei die Ladung, die in der Zeit durch den Leiterquerschnitt fließt.

Zusammenhang zwischen Leistung, Stromstärke und Spannung
P = U * I 1 W = 1 V * 1 A

Zusammenhang zwischen Spannung und Energie bzw. Arbeit
U = W / Q 1 V = 1 J / 1 C
Spannung – Ladungsdifferenz
Spannung ist die pro Ladungseinheit Q verrichtete Arbeit W.


1) Die vom Netz abgegebene Energie

a) Ermittlung der Netzspannung U

Messung: = 1,4 A
Berechnung; Q = I * t = 1,4 A * 1 s = 1,4 C

b) Die vom Netz abgegebene elektrische Energie

Zählrad: für 10 Umdrehungen t = 138 s
Zählradangabe: 960 Umdrehungen / kWh
960 Um. – 1 kWh
10 Um. – 10 / 960 = 1 / 96 kWh

Arbeit des Zählers während 10 Um. :
W = 1 / 96 kWh = 1 / 96 * 3.600.000 Ws = 37.500 J

Arbeit des Zählers während 1 s :
138 s – 37.500 J
1 s – 37.500 / 138 = 271,74 J / s

c) Berechnung der Netzspannung

pro s – 1,4 C verrichtet 271,74 J / s

W = U * I * t
U = W/( I * t ) = W / Q = ( P * I ) / ( I * t ) = P / I

In 1 s gilt:
U = 271,4 / 1,4
U = 194,1 V

Überlege: weiteres Messverfahren

1. Stromstärke messen
2. Spannung messen
3. Leistung ausrechnen ( P = U * I [ 1 V * 1 A = 1 W ] )


2) Die vom Tauchsieder abgegebene Energie

a) Messungen;

t in s 0 20 40 60 80 100 120 140 160
T in °C 29 30 32 34 36 37 39 41 43

180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
45 47 49 51 52 54 56 58 59 61

380 400 420 440 460 480
63 64 66 68 69 71

* Diagramm siehe Ende *

Interpretation
Es ist eine Gerade, d.h. je größer die Zeit, desto größer der Temperaturanstieg


b) Wirkungsgrad des Versuchsaufbaus

1. Die aus dem Netz aufgenommene elektrische Energie: Wauf

W auf = U * I * t t = 50 s = W elektrisch

W auf = 194,1 V * 1,4 A * 50 s = 13.587 J oder 271,74 J / s * 50 s = 13.587 J

2. Die vom Wasser aufgenommene Energie

= die vom Tauchsieder abgegebene Energie
= W thermisch = ( mw * cw + mG * cG ) ▲

W therm. = (500 * 4,18 + 3,97 ) * 5 = 13.129,75 J

Wirkungsgrad = W ab / W auf = W therm. / W elektr.
= 13.129,75 / 13.587 = 0,966 = 96,6 %

Interpretation:
Fehler: - nicht gleichmäßig umgerührt
- falsch gemessen
Verluste: - Wärmeabgabe an die Luft, auch durch Verdunsten des Wassers
Optimierung: - Besser isoliertes Gefäß mit Decke









Quelle: - Experimente - Physikbuch Klasse 9; Baden-Württemberg




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