Mathias Rask Højen Jensen, 3MY Erhvervsskolerne Aars Fysik A Eksamensprojekt. η = Q tilført

Relaterede dokumenter
Fysikrapport Nyttevirkning og vands specifikke fordampningsvarme

Forsøget blev udført af Gruppen: Anders Faurskov, Mikkel Rask og Victor Hjort

Fysikrapport Kogepladen. Gruppe Nr. 232 Udarbejdet af Nicolai & Martin

Fysikrapport Joules lov. Gruppe Nr. 232 Udarbejdet af Nicolai og Martin

Journalark. Varmekapacitet

Gruppemedlemmer gruppe 232: Forsøg udført d. 6/ Joule s lov

Faldmaskine. , får vi da sammenhængen mellem registreringen af hullerne : t = 2 r 6 v

Harmonisk oscillator. Thorbjørn Serritslev Nieslen Erik Warren Tindall

Fysikrapport: Rapportøvelse med kalorimetri. Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide. I gruppe med Ulrik Stig Hansen og Jonas Broager

AFKØLING Forsøgskompendium

Daniells element Louise Regitze Skotte Andersen

1. G fysik Elevbog LaboratoriumforSammenhængendeUddan g n i r æ L g o e s l e n

Coulombs lov. Esben Pape Selsing, Martin Sparre og Kristoffer Stensbo-Smidt Niels Bohr Institutet F = 1 4πε 0

El-Teknik A. Rasmus Kibsgaard Riehn-Kristensen & Jonas Pedersen. Klasse 3.4

Kulstofnanorør - småt gør stærk Side i hæftet

LUCAS JÆVNSTRØMS DYNAMOER

LEGO Energimåler. Sådan kommer du i gang

Ohms lov. Formål. Princip. Apparatur. Brug af multimetre. Vi undersøger sammenhængen mellem spænding og strøm for en metaltråd.

Øvelse 1.5: Spændingsdeler med belastning Udført af: Kari Bjerke Sørensen, Hjalte Sylvest Jacobsen og Toke Lynæs Larsen.

Matematik A-niveau STX 24. maj 2016 Delprøve 2 VUC Vestsjælland Syd.

Bestemmelse af kroppens fysiske tilstand

Indre modstand og energiindhold i et batteri

Udnyttelse af energi fra motionscykel

Placering af vindmøller Denne øvelse er lavet af: Lavet af Martin Kaihøj, Jørgen Vind Villadsen og Dennis Noe. Rettet til af Dorthe Agerkvist.

Projekt 1 Spørgeskemaanalyse af Bedst på Nettet

Brombærsolcellens Fysik

Arbejdet på kuglens massemidtpunkt, langs x-aksen, er lig med den resulterende kraft gange strækningen:

SPEKTRUM HALSE WÜRTZ FYSIK C. Fysiks optakt til et AST-forløb om kroppen af Niels Henrik Würtz. Energiomsætninger i kroppen

8. Jævn- og vekselstrømsmotorer

Formålet med dette forsøg er at lave en karakteristik af et 4,5 V batteri og undersøge dets effektforhold.

ysikrapport: Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide I gruppe med Morten Hedetoft, Kasper Merrild og Theis Hansen Afleveringsdato: 28/2/08

Ohms Lov Ohms lov beskriver sammenhæng mellem spænding, strømstyrke og modstand.

Dampmaskinen. 2-3) Opvarmning I tanken tilføres varme, hvorved vandet varmes op til kogepunktet, fordamper og forlader tanken ved samme tryk.

HVIRVELSTRØMSBREMSEN. Maggie Bohus - Løsning Skole 9.c Jonas Kjemtrup - Løsning Skole 9.c

Magnetens tiltrækning

PAPIRS BRUDSTYRKE: DESIGN DIN UNDERSØGELSE

DIGER OG PORTE. Stranden FØR BESØGET. 1. Hvad er en simpel måde at udnytte energien i vand på? 2. Hvad er formlen for potentiel energi?

2. En knallert må i Danmark køre 30 km/t. Hvordan er Dæmonens hastighed i toppen af loopet, i forhold til en knallert, der kører 30 km/t.?

Matematik og Fysik for Daves elever

Impuls og kinetisk energi

2. f- dag med temaet kondition. En effektfuld F- dag om chokolade, kroppen som motor, kondital og energi. Elevoplæg. og dermed mere bevægelse

Muterede Bygplanter Absorptionsspektrum

Rapport uge 48: Skråplan

KOPPERS EVNE TIL AT HOLDE PÅ VARMEN: DESIGN DIN UNDERSØGELSE

Formål. Teori Udførelse Materialer Fremgangsmåde Usikkerhed Konkret forventning. Resultater Data Databehandling Resultatgennemgang

Matematiske modeller Forsøg 1

LEGO Energimåler. Sådan kommer du i gang

Dæmpet harmonisk oscillator

DC-Motor Controller. Brugermanual

Skråplan. Esben Bork Hansen Amanda Larssen Martin Sven Qvistgaard Christensen. 2. december 2008

Respiration og stofskifte Forsøgsvejledning

Enkelt og dobbeltspalte

Lavet af Ellen, Sophie, Laura Anna, Mads, Kristian og Mathias Fysikrapport blide forsøg Rapport 6, skråt kast med blide Formål Formålet med f

Bilagsrapport. Nikolai Lyngsø og Lasse Juul Madsen Fredericia Maskinmesterskole Side 0 af 29

Lærervejledning Træk et ton - Havnen

Materialer: Strømforsyningen Ledninger. 2 fatninger med pære. 1 multimeter. Forsøg del 1: Serieforbindelsen. Serie forbindelse

Magnetens tiltrækning

Undervisningsbeskrivelse for: 3g FY A

Differentialregning. Et oplæg Karsten Juul L P

VÆSKERS VISKOSITET: DESIGN DIN UNDERSØGELSE

Undersøgelse af lyskilder

Undervisningsbeskrivelse Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser Termin Institution Uddannelse Fag og niveau Lærer(e) Hold

Rapporter og opgaver - geografi C LAB-kursus

Tallene angivet i rapporten som kronologiske punkter refererer til de i opgaven stillede spørgsmål.

Når enderne af en kobbertråd forbindes til en strømforsyning, bevæger elektronerne i kobbertråden sig (fortrinsvis) i samme retning.

MÄling, puls og bestemmelse af kondital

Respiration og stofskifte. Forsøgsvejledning. Skoletjenesten Zoo, Respiration og stofskifte, STX og HF Side 1 af 11

Fortløbende summer NMCC Danmark Muldbjergskolen 8.P

Mads Peter, Niels Erik, Kenni og Søren Bo

Når strømstyrken ikke er for stor, kan batteriet holde spændingsforskellen konstant på 12 V.

C) Perspektiv jeres kommunes resultater vha. jeres svar på spørgsmål b1 og b2.

Forsøg del 1: Beregning af lysets bølgelængde

Er superledning fremtiden for fusion?

Vi har valgt at analysere vores gruppe ud fra belbins 9 grupperoller, vi har følgende roller

Bilag 1 Converterens output display I agter tavlerum.

Fysikrapport: Vejr og klima. Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide. I gruppe med Ann-Sofie N. Schou og Camilla Jensen

Brydningsloven og bestemmelse af brydningsindeks Fysikrapport, 5/9-2008

Undervisningsbeskrivelse

Tilstandskontrol. ved hjælp af vibrationsanalyse

Studieretningsopgave Temperatur af en væske

Sundhedskonsulenterne

47772, teknologisk opdatering af el-motorer

Elforbrug og energirigtige skoler

Instruktion for vedligeholdelse og brug af Hydroforpumper / 25

Brugsanvisning til Poda SMS Alarm

Projektopgave Observationer af stjerneskælv

Forside til beskrivelse af projekt til DM i Naturfag

Lokale fortællinger om erfaringer med tværfaglige og helhedsorienterende undervisning.

Resonans 'modes' på en streng

Mini-SkyTEM -et nyt instrument

Øvelsesvejledning RG Stående bølge. Individuel rapport. At undersøge bølgens hastighed ved forskellige resonanser.

Solceller SOFIE MYGIND BISGAARD 1

Peter Harremoës Matematik A, delprøve med hjælpemidler. 19 maj x 2. Først findes stationære punkter. f (x) = x 1 /2. 1 x = 0.

Undervisningsbeskrivelse

Turen til Mars I. Opgaven. Sådan gør vi. ScienceLab

Undervisningsplan 3-4. klasse Matematik

Mini SRP. Afkøling. Klasse 2.4. Navn: Jacob Pihlkjær Hjortshøj, Jonatan Geysner Hvidberg og Kevin Høst Husted

Transkript:

kalder nyttevirkningen. Carnot brugte den ideelle kredsproces til at beskrive den maksimale nyttevirkning, som en kraftvarmemaskine kunne, hvilket er hvad der kaldes carnotnyttevirkningen. Denne nyttevirkning er afhængig af forholdet mellem den højeste og laveste temperatur. Dette kan findes ved formlen 10 : η Carnot = T lav Problemet ved denne formlen er bare at dette langt fra matcher sandheden, hvilket jeg senere vil påvise. Dette er da alle former for energi ikke er lige lette at omforme til andet. Her er det nemlig især varme, der er et problem, da kun noget varme energi vil blive til mekanisk energi, mens andet vil blive til varme igen. Så i virkelighed er nyttevirkning langt lavere Carnots idealisering. Den reelle nyttevirkning findes i stedet med formlen 11 : η = A Q tilført Hvilket også betyder at den reelle nyttevirkning aldrig kan overstige Carnots nyttevirkning. Altså: A Q tilført = η η Carnot = T lav Hypotese Min hypotese er jeg i mit forsøg vil en Carnotnyttevirkning, der er markant højere end den reelle nyttevirkning. Derudover vil jeg opleve at motorens nyttevirkning vil falde i takt med at belastningen bliver større og så til sidst vil jeg også opleve et effekttab på selve generatoren til motoren. Dette skal så bevises i et forsøg, hvor jeg bruger den hypotetisk-deduktive metode. Materialer Til dette forsøg skal følgende materialer så bruges: - Stirlingmotor - Pasco Trykmåler - Pasco Rotationscensor - Pasco Temperatur - Pasco Voltage-Current Sensor - Effektmodstand - Ledninger med næb - Skydelære 10 (Lund, Kraaer, & Holck, 2013) 11 (Lund, Kraaer, & Holck, 2013) Side 5 af 17 15-04-2018

- Ethanol - Lighter Fremgangsmåde og forsøgsopstilling Dertil har vi så dannet en fremgangs måde som lyder: 1. Spritbeholderen fyldes og vejes Forsøg 1: 1. Først stilles forsøgsopstillingen op 2. Stirlingmotoren kører frit, uden at være koblet til generatoren 3. Når motoren kører på sit højeste, tages spritbeholderen af og afvejes 4. Når dette er blevet noteret, sættes spritbeholderen ind igen og tændes 5. Nu måler vi på tryk, position og temperatur over tid 6. Vi gemmer målingerne og værdierne under resultater noteres Forsøg 2: 1. Her bruges samme fremgangsmåde, men her belaster vi motoren ved hjælp af generatoren Forsøg 3: 1. Her bruges samme fremgangsmåde, men i stedet: a. Belastes generatoren af en effektmodstand b. Belastes generatoren af et stykke Pasco værktøj, kaldet en Voltage-Current Sensor c. Og så måles strømstyrke og spænding 2. Efter alle forsøg vejes spritbeholderen så igen Forsøgsopstilling Desværre glemte vil tage et billede af selve vores forsøgsopstilling. Men jeg har dog et billede, som Jesper (Ham jeg udførte forsøget med) tog under hans SRP. Her kan se, hvordan stirlingmotoren blev forbundet med det meste af vores målingsudstyr. Hertil skal blot tilføjes en effekt modstand og en Pasco Voltage- Current Sensor. Resultater Til dette forsøg målte vi så sprit masseændring og i løbet af de tolv minutter som hele forsøget foregik under, så ændrede massen sig som kan ses i nedenstående skema: m sprit Start m sprit Slut Side 6 af 17 15-04-2018

115,2g 110,3g Dertil har vi også brændværdien for sprit: B ethanol = 25 MJ kg Begge dele, der senere skal bruges til resultatbehandlingen. Derudover målte vi også nogle ting til hvert enkelt forsøg, hvilket kommer i følgende underafsnit. Forsøg 1 Ubelastet: Først og fremmest brugte vi programmet Capstone til at måle vores data. Et lille udklip af dette kan ses herunder. Her ses også grov pv-graf, som der senere vil bruges til at danne den pv-graf vi vil bruge til udregninger. I dette udklip kan vores temperatur forandringer også ses, hvilket er blevet indsat i nedenstående skema: 150,6 C 60,3 C Derudover skal det noteres at vi målte med 100hz og dertil nåede vi 6 målinger for hver gang stemplet nåede i bund. Hvilket giver følgende antal omdrejninger: 100 T lav 6 = 16,6667omdrejninger per sekund Forsøg 2 Lettere belastet: Her brugte vi så igen programmet Capstone til at måle vores data. Et lille udklip af dette kan igen ses herunder med de samme informationer som i udklippene fra tidligere. Side 7 af 17 15-04-2018

I dette udklip kan vores temperatur forandringer igen ses, hvilket igen er blevet indsat i nedenstående skema: 188,2 C 64,3 C Igen målte vi med 100hz og dertil nåede vi så 8 målinger for hver gang stemplet nåede i bund. Hvilket giver følgende antal omdrejninger: 100 T lav 8 = 12,5 omdrejninger per sekund Forsøg 3 Fuldt belastet: Her brugte vi så til sidst igen programmet Capstone til at måle vores data. Et lille udklip af dette kan endnu en gang ses herunder med de samme informationer som i udklippene fra tidligere. Side 8 af 17 15-04-2018

I dette udklip kan vores temperatur forandringer igen ses, hvilket endnu en gang er blevet indsat i nedenstående skema: 207,1 C 66,4 C Endnu en gang målte vi med 100hz og dertil nåede vi så denne gang 12 målinger for hver gang stemplet nåede i bund. Hvilket giver følgende antal omdrejninger: Resultatbehandling T lav 100 12 = 8,3333 omdrejninger per sekund 1. Find Carnot og reel nyttevirkning i første forsøg. Carnotnyttevirkning Til at starte med har jeg så fundet Carnotnytte virkning. Dette er gjort ved hjælp af tidligere nævnte formel: Hvilket så blive til dette: η Carnot = Altså er Carnot nyttevirkningen 21% η Carnot = T lav 423.75K 333.45K 423.75K = 0.21 Reelle nyttevirkning Men ifølge vores teori så er Carnotnyttevirkning, jo en form for ideel tilstand, hvilket jeg vil forsøge at på vise gennem udregninger. Først og fremmest har udplukket en del punkter fra vores tidligere grove pv-graf. Disse punkter har vi så indsat i GeoGebra, hvor jeg så har dannet følgende pvgraf: Side 9 af 17 15-04-2018

Ved hjælp af GeoGebra s polygon funktion har jeg fundet arealet af denne pv-graf på 0,0001939. Dette skal så ganges med tusind, da tryk aksen er fundet i kilopascal og så har vi arbejdet for pvgrafen: A = 0.0001939 1000 = 0.1939J Nu kan vi så finde effekten ved at gange dette med det antal omdrejninger vi tidligere fandt, nemlig 16,6666Omdrejninger. Dette skal derefter divideres med 1s sekund for at finde effekten: P = 0.1939J 16.6667 Omdrejninger 1s = 3.2317W Nu skal vi så finde den energi som spritten har afgivet per sekund. Her skal vi så bruge den mængde sprit som blev forbrændt i masse, nemlig 4,9g. Derudover skal vi bruge brændværdien for sprit, nemlig 25MJ/kg. Og så til sidst skal der bruges den tid vi forbrændte spritten i, i sekunder. t = 12 60s = 720s Nu ganger vi så brændværdien og forandringen af sprittens masse og dividere dette med den tid vi forbrændte spritten i: 25 MJ kg 4.9g 720s = 170.13W Hvilket så er den effekt spritten har afgivet per sekund. Disse to effekter som vi nu har udregnet skal nu divideres og så vil vi have den reelle nyttevirkning. Side 10 af 17 15-04-2018

Nyttevirkning = 3.2317W 170.1389W = 0.0190 Altså har vi en reel nyttevirkning på kun 1,9% og dette er uden nogen form for modstand på sterlingmotoren. 2. Find Carnot og reel nyttevirkning i andet forsøg. Carnotnyttevirkning Igen er jeg så startet ud med at finde Carnot nyttevirkningen. Dette er selvfølgelig gjort med samme formel, men nogle nye temperaturer, da varmen er steget i takt med at vi lavede forsøget: Altså er Carnot nyttevirkningen 27% η Carnot = 461.35K 337.45K 461.35K = 0.27 Reelle nyttevirkning Nu vil vi så se, hvordan nyttevirkningen har ændret sig i takt med at vi har forstørret modstanden på generatoren. Her har vi så udplukket en del punkter fra vores tidligere grove pv-graf. Hvilke vi så igen har indsat i GeoGebra, hvilket så har dannet følgende pv-graf: Ved hjælp af GeoGebra s polygon funktion har jeg så igen fundet arealet af pv-grafen på 0,0001673. Hvilket så igen skal ganges med 1000: A = 0,0001673J 1000 = 0.1673J Så kan jeg igen finde effekten ved at gange det med det antal omdrejninger vi tidligere fandt, 12.5 Omdrejninger. Dette skal så også divideres med 1s sekund for at finde effekten: P = 0.1673J 12.5 Omdrejninger 1s = 2.0912W Side 11 af 17 15-04-2018

Igen skal vi bruge den effekt som spritten afgiver, som jeg allerede tidligere har fundet til 170.1389W. Så nu kan vi dette forsøg reelle nyttevirkning: Nyttevirkning = 2.0912W 170.1389W = 0.0123 Altså har vi en reel nyttevirkning på kun 1,2%, hvilket vil sige at den er faldet med 0,7%. Dette er dog uden at generatoren er blevet af en Pasco Voltage Current Sensor. 3. Find Carnot og reel nyttevirkning i tredje forsøg. Carnotnyttevirkning Igen er jeg så startet ud med at finde Carnot nyttevirkningen. Hvilket er samme grund som tidligere nævnt: Altså er Carnot nyttevirkningen 29% η Carnot = 480.35K 339.55K 480.35K = 0.29 Reelle nyttevirkning Nu ville vi så trække dette forsøg en tand længere ved sætte en effektmodstand og et måleapparat på. Så har jeg endnu en gang udplukket en del punkter fra vores tidligere grove pvgraf. Hvilke vi så igen har indsat i GeoGebra, osv: Igen har jeg så fundet arealet af pv-grafen på 0,00004795. Hvilket så igen skal ganges med 1000: A = 0,00004795J 1000 = 0.0479J Nu kan jeg så på samme måde som tidligere finde effekten ved hjælp af omdrejninger, 8.3333 Omdrejninger og så gange dem med et sekund: Side 12 af 17 15-04-2018

P = 0.0479J 8.3333 Omdrejninger 1s Nu kan vi så finde dette forsøgs reelle nyttevirkning: Nyttevirkning = = 0.3992W 0.3992W 170.1389W = 0.0023 Altså har vi en reel nyttevirkning på kun 0.2%, hvilket vil sige at den er faldet med 1.7% siden den var ubelastet og 1% siden den bare blev lidt belastet. Derudover så er den 28.8% laver end Carnotnyttevirkningens 29% 4. Effekttab over generatoren Til sidst vil jeg også lige hurtigt finde effekttabet i generatoren. Til dette skal vi bruge effekten fra før (P=0.3992W) og så skal vi finde et gennemsnit for effektmodstanden: P modstand = 1 (0.12W + 0.18W + 0.18W + 0.11W + 0.13W + 0.14W + 0.19W + 0.19W 10 + 0.12W + 0.16W) = 0.152W Så minuser vi effekten fra forsøg 3 med denne modstand og så har effekttabet: Og i procent svarer det til: P tab = 0.3992W 0.1520W = 0.2472W P tab procent = 0.2472W 0.3992W = 61.9% Hvilket vil sige at generatoren har et effekttab på hele 61.9%. Diskussion Inden jeg kommer for langt ind i diskussionen omkring, hvad vi oplevede under forsøget, så er der lige et par fejlkilder og usikkerheder, som måske har kunne haft en indvirkning på forsøget. Den vigtigste lige at nævne er det faktum at vores temperatur langsom steg under forsøgene. Altså er der ikke den samme temperatur under forsøg 1 som under forsøg 3. Det har for det første haft en indvirkning på at Carnotnyttevirkningen er steget for hvert forsøg. Men dette har også betydet at den reelle nyttevirkning formentligt er steget en smule, dog højst sandsynligt ikke noget, som har ødelagt resultaterne alt for meget. Dette er jo også da at motoren er blevet belastet og derfor også har haft mere tid at varme op. Derudover er der blevet brugt Pasco-måleudstyr. Her er problemet at vi under forsøget oplevede at nogle af dele var defekte, da vi første gang forsøgte at lave forsøget, så der er en chance for at noget af udstyret er gammelt og tildels defekt. Og så er der også det faktum at vi selv har håndplukket resultaterne så det er lidt noget cirka arbejde. Side 13 af 17 15-04-2018