Проектная работа по теме "Учимся жить экономно"

Введение

Одна из самых крупных статей расходов сегодня для каждого человека – это оплата услуг жилищно-коммунального хозяйства. Поэтому сегодня все ищут возможности хоть как – то сэкономить.  В связи с этим целью нашей проектной работы  на основе нагревания воды выяснить:  какой вид энергии на сегодняшний день дешевле: электричество или природный газ? И найти КПД нагревательных приборов.
 Для этого нам нужно провести ряд измерений.  Во-первых, нам надо выяснить какое количество теплоты, требуется для нагрева 1 кг воды до температуры кипения.
 Приборы и материалы: термометр, 1 кг воды.
Измерили начальную температуру воды: t1= 9°С, как мы знаем температура кипения воды: t2= 100°С, масса воды: mв= 1кг, удельная теплоемкость воды: с = 4200  .
По формуле рассчитаем:
        Q=с·m·(t2- t1)

Q=4200·1кг·(100°С-9°С)=382200 Дж. Это полезное количество энергии, необходимое для нагревания 1 кг воды.

В настоящее время, наверное, в каждом доме пользуются электрочайником. Но немногие задумываются, что чайники настоящие монстры потребления энергии в квартире. Работая минимальное количество времени, они потребляют почти столько же электроэнергии, как некоторые работающие весь месяц приборы.  Мы выясним, какое количество теплоты будет выделено спиралью чайника, и сколько будет стоить затраченная электроэнергия.  
Цель: определить количество теплоты выделенное спиралью чайника и вычислить стоимость затраченной электроэнергии.

Определим реальную мощность электрочайника и количество теплоты выделенное спиралью чайника.
Мощность электрочайника заводская:          P = 2000 Вт.
Сила тока в цепи: I = 9 А, напряжение: U = 220В
Реальную мощность электрочайника:
P = I·U
P = 220В·9А = 1980 Вт
Количество теплоты выделенное спиралью чайника:
Время нагрева t = 235c, мощность электрочайника Р = 1980Вт
Находим Q = P · t
Q = 1980Вт ·235с = 465300 Дж.

Вычислим цену затраченной электроэнергии для электрочайника
1 кВт·ч = 3 600 000 Дж
В 2012 году тариф на электрическую энергию для населения Саратовской области составляет  1.6 руб./ кВт·ч
465300 Дж - 0,12925 кВт·ч
Определим стоимость энергии, израсходованной электрочайником
Стоимость = Тариф · Работу тока
Стоимость = 1,6 руб. · 0,12925 кВт·ч = =0,2068руб.

Цель: найти КПД электрочайника

Мы определили затраченное количество теплоты:
Qз = 465300Дж
Полезное количество энергии равно:
Qп = 382200 Дж
Находим КПД электрочайника:
η = (Qп/Qз) · 100%
η =(382200/465300)·100% = 82,1 %.

А если в квартире все-таки нет электрического чайника, так ли это плохо?

Цель: определить количество теплоты выделенное газом и вычислить стоимость сгоревшего газа. 

Воспользуемся  данными полученными в результате измерений :
объём сгоревшего газа определили по газовому счётчику:
                Vгаза = 0.0225м3 
Удельная теплота сгорания газа q= 4.4 · 107 Дж/кг
Плотность природного газа ρ=0.80 кг/м3 

Для того чтобы определить количество теплоты, выделенное сгоранием газа необходимо найти массу сгоревшего газа:
m = V · ρ
m = 0,0225м3 · 0.80 кг/м3= 0,018 кг
Количество теплоты выделенное газом:        Q = m · q

Q = 0.018кг · 4.4 · 107 Дж/кг = 792000 Дж

Нахождение стоимости сгоревшего газа

Стоимость = Тариф · Объём газа

Стоимость = 3,21руб · 0,0225м3  = 0,072225руб

Цель: найти КПД газовой плиты
Затраченное количество теплоты:
Qз = 792000 Дж
Полезное количество энергии:
Qп = 382200 Дж
Находим КПД плиты:
η = (Qп / Qз) · 100%
η =(382200/792000)·100% = 50%.
В итоге получаем таблицу:

Выгода = Стоимость электроэнергии / стоимость энергии топлива (газа),

20,68/7,22 = 2,86 раза

Проведя серию измерений, мы выяснили, что энергия газа почти в три раза выгоднее, чем электроэнергия.
Но мы также определили, что КПД газовой плиты намного меньше КПД электрочайника, т.к. при нагревании воды на плите источник энергии находится вне сосуда с водой. При сгорании горячий газ касается дна чайника, а потом, поднимаясь, касается стенок чайника, отдавая чайнику тепло за время касания. Тепло, не успевшее передаться чайнику, передаётся воздуху. Подержите над нагреваемым чайником руку и поймете, сколько горячего газа его минует.  А вот при нагревании воды в электрочайнике источник энергии (спираль электрочайника) находится внутри сосуда. Теплоотдача от горячего тела идёт только в воду и стенки чайника. Т.к. электрические чайники делают из пластика, потери энергии от стенок пренебрежительны. Снизу горячее тело также закрыто теплоизолятором. Вне зависимости от температуры воды, всё тепло уходит в воду, т.к. больше ему уходить некуда. 
Вывод: КПД электрического чайника намного выше.