Onderzoek warmte gloeilamp

Roos stelde deze vraag op 26 september 2009 om 17:11.
Ik en een vriendin deden een proefje op school naar de warmtecapaciteit van een gloeilampje. We hadden alles netjes uitgevoerd maar kregen er toch steeds een verkeerde waarde uit (het hoorde tussen de 0,05 en 0,10 te liggen maar was 0,76). Dit waren onze meetwaarden:

 

 

 

Proef 1

Proef 2

Proef 3

Water

Massa (g)

500 ml

500 ml

500 ml

 

Tbegin (? C)

22,8

21,7

21,6

Bakje

Tbegin (? 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

Jan op 26 september 2009 om 18:17
Dag Roos,

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

Roos op 26 september 2009 om 19:38
Sorry, ik kwam 'r nu pas achter dat ik het niet echt uit had gelegd. Het was een proefje waarbij we het rendement van een gloeilamp moesten berekenen. De gloeilamp zat ''ingebouwd'' in het bakje en in dat bakje zat dan weer water. Het bakje was niet compleet geïsoleerd, maar onze leraar zei dat ons dat dat warmteverschil verwaarlooswaar was. Wij maten dus het temperatuurverschil, de spanning en de stroomsterkte.

Jan op 26 september 2009 om 21:24
Dat zat ik me eigenlijk al af te vragen, maar dat kon ik me eigenlijk bijna niet voorstellen. Ik kan me namelijk niet voorstellen dat je op een of andere manier alle zichtbare licht van je lampje uit je bakje weg kunt houden, en alle andere vormen van energie (IR-straling en warmte) wél in je bakje kunt krijgen.

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

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft achtentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)