您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 信息化管理 > 电水壶维修和热效率测量论文
电水壶的维修和热效率测量摘要:利用物理课上所学的电学知识维修了家庭自用电水壶,通过设计实验测量了电水壶加热的效率,并对测量结果及相关知识进行了讨论。关键词:电水壶;维修;热效率;测量一、问题提出泡咖啡、泡茶、泡面、喝刚烧好的新鲜开水,这些都是现代都市人的生活习惯。快速电水壶能在最短的时间内提供沸水,这正好与现代人的生活节奏合拍。电水壶随时可以用热水泡出一杯清香的茶水。有一次电水壶突然出现故障,不能正常烧水了。我决定利用物理课上所学的电路知识解决此问题。通过做实验的方法,深刻理解电能转化为热能的有关问题,利用此电水壶测量了它加热的效率,并巩固了课上所学的万用表的使用、电能—热能转换等相关的知识。二、实验目的1.掌握实物(电水壶)简易电路图的绘制方法2.掌握数字万用表的测量原理,正确使用数字万用表测量电阻、电流和电压3.掌握电能—热能转换的原理,学会测量电器的热效率4.学会多次测量的结果表示方法,分析单次测量和多次测量对实验结果的影响5.培养利用课本所学的知识解决实际问题的能力三、实验原理1.电水壶的工作原理当水壶放在底座上时,压下压键开关,接通了电路。如果三相插头插入插线板后,就接通了电源,电源指示灯亮,反之就断开。该电水壶有手动和自动两种工作状态。当按钮开关拨到手动挡时,加热电阻连入,开始加热,水沸腾以后再手动将按钮开关拨回。当按钮开关拨到自动挡时,此时通过st温控器将加热电阻连入,并开始加热;当水沸腾后,st温控器的触点断开,进入非加热状态,指示为可以饮用的开水的灯亮;当水的温度低于某温度后,st温控器又重新接通,再次进入加热状态。通过分析讨论电水壶的工作原理,画出电路图,在此基础上利用数字万用表查找问题,进行维修。2.电能—热能转换通过电动机可以将电能转换为机械能,电灯将电能转换为热能和光能,电热器、电水壶可以将电能转换为热能等等。电流做功的过程,实际上是电能转化为其他形式的能的过程。电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能。本文以电水壶为例,推导电能—热能转换过程中的有关计算,并以此为原理设计实验,测量电水壶工作的效率。对于其他电器可以同理进行研究。计算电水壶加热器的电阻r计算水所吸收的热量q吸水的质量:m=v·ρ式中,v——水的体积,ρ——水的密度。q吸=c水·m·δt=c水·m·(t2-t1)式中,c水——水的比热容,δt——水加热后的温t2度与水初温t1之差。计算电水壶工作的效率η利用数字万用表测得电源的实际电压u实,计算电水壶的实际功率p实则,电水壶工作的效率为η=q/w=q/(p实t)四、实验仪器设备wsj-60型电水壶(额定电压:220v,50hz,额定功率:600w,容量:1.2l),插线板,ut51数字万用表,导线,温度计,量筒(500ml)。五、实验内容及原始数据1.绘制电水壶的电路图按照电水壶正常使用的工作原理,画出电水壶的电路图,如图1。其中,l1为电源指示灯、l2为非加热指示灯、l3为加热指示灯,r1、r2、r3分别为各指示灯的保护电阻;r为加热器;s1、s2为压键开关;st温控器是一个双金属片温控开关,当温度较低时,其处于闭合状态,当温度升高到一定值后,会自动断开,从而实现了自动温度开关控制。用数字万用表测量r1、r2、r3,其大小约为340kω;加热器r的电阻约为90ω。2.电水壶故障诊断维修故障:通电后不加热,但指示灯亮。诊断与维修:通电后电源指示灯亮,说明电源已加入指示灯电路;通电后不加热,说明故障在加热器或其连接部分,常见加热器损坏或者某连接处断路。拆下加热器,用数字万用表测量其阻值可以判断加热器是否损坏;断路的问题也可以用数字万用表来解决,通过测量电流来检查断路的位置。首先切断电源,取下水壶,将电水壶底座翻过来,拧下壶底的两颗固定螺钉,将底座拆开。然后使用数字万用表测量加热器的阻值来判断加热器是否损坏,经过测量加热器未损坏,其电阻值约90ω。最后,沿着电路,用万用表逐段测量电流,结果发现一段电路电流为零,发生了断路。仔细检查这一段电路,发现金属片旁边的塑料断裂,金属片不能被卡紧,导致金属片与其两端的连接发生问题,引起断路。找了两段导线将此金属片两端分别与连接的部件连接良好。维修完毕重新装配时,必须保持各零部件安装位置准确。电水壶通电后使用正常。3.测量电水壶加热的效率记录电水壶铭牌:额定电压220v,50hz,额定功率600w,容量:1.2l。使用数字万用表测量加热器的阻值为:r测=90ω每次实验前,用万用表测量电源的实际电压u实,每次实验时,用500ml量筒定量量取1l水加入到电水壶中,用温度计测量水的初始温度t1;接通电源开始加热;水沸腾后,st温控器的触点断开,停止加热,试验结束,此时水的温度t2=100℃,记录所用的时间t。六、数据处理及结论根据p额=u额2/r,得:r计算=u额2/p额=80.67ω实测电阻值与理论计算值之间有一定的误差。以下数据处理过程中均采用r计算=80.67ω。每次试验水的质量为:m=v·ρ=2×500×10-3×1.0=1.0kg水的比热容c水=4.2×103j/(kg·℃)5次测量电水壶热效率的平均值为:七、实验结果的分析与讨论1.电水壶热量损失的原因电水壶可以将电能转换为热能,本实验测量电水壶烧水过程中实际的能量转化效率,结果只有85.75%左右,说明电水壶产生的热量没有全部被水吸收,分析热量损失的原因有以下几个方面。(1)电水壶壶体材质是合金,导热效果好,易吸收热量并使热量散失,对电水壶的实际加热效果产生影响,导致热效率测量的结果偏低;(2)周围空气吸收了一部分热量;(3)汽化带走了一部分热量;(4)电水壶内水垢阻碍热传递,致使热效率测量的结果偏低;(5)用电高峰时家庭电路的实际电压低于220v,电水壶实际工作电压小于额定电压。2.测量结果的表示方法水的温度不同,造成量取1l体积的水的质量有误差,因此,各次测量结果之间有误差。方法的精密度可以5次测量结果的相对标准偏差来表示,rsd为0.5%。用多次测量的平均值及其置信区间表示结果,比用单次测量值表示结果更准确。3.电水壶是我们熟悉的家用电器,根据电水壶的结构和使用情况,可以联想到以下几方面物理知识(1)壶身和壶嘴上部开口,下部相连,构成连通器;(2)壶盖开有小孔,在大气压的作用下,水容易倒出;(3)电水壶使用三相电源插头的理由是防触电;(4)壶把加装胶木,是因为胶木具有良好的隔热、绝缘性能。4.结论根据p实=u2实/r计算电能做的总功w时,如果利用万用表测定的电阻值r测=90ω,这种情况下电水壶工作效率(95.68%)比采用r计算=80.67ω时计算的效率(85.75%)高。当然,电能做的总功w还可以采用电表读数的方法,读出在水烧开的时间内所耗的电量是多少度,再转换成“焦耳”为单位的量,从而计算电水壶的工作效率。(作者单位北京人大附中分校)
本文标题:电水壶维修和热效率测量论文
链接地址:https://www.777doc.com/doc-7405147 .html