Onderzoek warmte gloeilamp
Roos stelde deze vraag op 26 september 2009 om 17:11.
Proef 1
Proef 2
Proef 3
WaterMassa (g)
500 ml
500 ml
500 ml
Tbegin (? C)
22,8
21,7
21,6
BakjeTbegin (? C)
22,8
21,7
21,6
Teind (? C)
23,4
22,4
22,4
Het temperatuurverschil bij proef 1 is 23,4 - 22,8 = 0,6 ? C
Het temperatuurverschil bij proef 2 is 22,4 - 21,7 = 0,7 ? C
Het temperatuurverschil bij proef 3 is 22,4 - 21,6 = 0,8 ? C
Het gemiddelde temperatuurverschil is dus (0,6 + 0,7 + 0,8)/3 = 0,7 ? C
U = 12,2 V
I = 1,77 A
t = 300 s
cw = 4,18 ? 10^3
ΔT = 0,7 ? C
Volume water = 500 ml = 0,5 liter = 0,5 dm^3 = 0,0005 m^3
Cbakje = 150 J/K
- h = Enuttig/Ein
- ρ = m / V, m = V ? ρ = 0,0005 x 998 = 0,499 kg
- Ee = U ? I ? t
- Ee = 12,2 ? 1,77 ? 300 = 6478,2 ≈ 6478 J
- Qop = Qaf
Qwater + Qbakje = Qgloeilamp
cw ? mw ? ΔTw + Cb ? ΔTb = Qgloeilamp
4,18 ? 10^3 ? 0,499 ? 0,7 + 150 ? 0,7 = Qgloeilamp = 1565,074
- Enutting = Ein - Afvalwarmte = 6478,2 - 1565,074 = 4913,126 ≈ 4913 J
- h = Enuttig/Ein = 4913/6478 = 0,76 ? 100 % = 76 %.
Nu hebben we de warmtecapaciteit van een vorige proef gebruikt, deze klopte niet helemaal, maar hij was nou ook niet zo afwijkend van de echte waarde dat we zo'n hoog rendement eruit krijgen. Wat kan nog meer een oorzaak zijn?
Reacties
Om te beginnen, je onderzoek gaat niet over de warmtecapaciteit van een gloeilampje.
Je lampje heeft een bepaald VERMOGEN (12,2V x 1,77A = 21,594 W) dat je gedurende een tijd van 300 s aan laat staan zodat je 6478 J energie aan je bakje water toevoert, in de vorm van zichtbare straling (waarschijnlijk ongeveer 5 % daarvan) en de rest in IR en warmte.
De temperatuur van je bakje met water wordt daardoor 0,7°C hoger. Dat zou betekenen dat je er 1565 J aan energie aan hebt toegevoerd.
Het rendement van het lampje om daarmee water op te warmen wordt dan berekend als nuttig (die gebleken 1565 J) gedeeld door totaal (die 6478 J) x 100 % ≈ 24 % . De rest is dan in de omgeving verdwenen op een of andere wijze.
Dat jij ergens tussen de 5 en 10 % schijnt te verwachten doet me denken dat je meent dat alleen het zichtbare licht het water opwarmt. Maar dat is natuurlijk niet zo, ik verwacht nog een flinke portie IR.Dat zou een oorzaak kunnen zijn voor het grote verschil tussen verwachte waarde en de gemeten waarde.
Ik ken overigens je opstelling niet, en daar kunnen ook grote verschillen optreden.
Was je lampje ondergedompeld in het water? Ik denk haast van niet, want dan had ik nog wel een groter "rendement" dan 24 % verwacht.
Was je bakje goed geïsoleerd? (ook lichtdicht?)
Je thermometer, kon die rechtstreeks worden aangestraald door het lampje? Dan kan de straling je thermometer ook rechtstreeks opwarmen, en meet je mogelijk een te grote temperatuurstijging (een buitenthermometer hang je ook niet in het zonnetje hè)
Detail:
- h = Enuttig/Ein = 4913/6478 = 0,76 ? 100 % = 76 %.
zo schrijf je dat niet hè. Mijn wiskundecollega noemt dat "breien" :
6 x 4 = 24 -8 = 16 : 4 = 4
Het "=" teken duidt aan dat wat aan beide zijden ervan staat aan elkaar gelijk is. In het sommetje hierboven is 6 x 4 ≠ 4, en ook 24 -8 ≠ 4. Zo'n notatiefout maak je hier ook.
Maar goed, wat was precies de bedoeling van eht proefje, en hoe zag je opstelling er precies uit?
Groet, Jan
Hoe dan ook, jullie berekening van een LICHTrendement van 76% op basis van jullie gegevens klopt.
Dat soort gloeilampen bestaan niet, want dan zouden we ze niet willen afschaffen.
conclusie:
- óf : meetfouten: je gegevens kloppen niet.
- en/of: systeemfouten: je proefopstelling is om een of meerdere redenen ongeschikt (of je hebt hem verkeerd gebruikt) om dit rendement te bepalen.
Persoonlijk houd ik het tot nader order op het tweede, ook omdat je drie metingen alledrie rond de 0,7 °C temperatuurstijging zaten. Als de gloeilamp ingebouwd zit in een geïsoleerd bakje moet álle energie (ook die van het zichtbare licht) zijn geabsorbeerd door het bakje met water en zou je een rendement van 0% moeten vinden (alle zesduizendzoveel joule aan het eind van de proef ten goede gekomen aan opwarming van het bakje).
Maar nogmaals, ik zie dat bakje niet voor me....
Ik zou er wel eens een paar foto's, of een goede schets met gedetailleerde beschrijving van willen zien. Dus als je zoiets in de buurt hebt?
Groet, Jan