Fysik labbrapport

Hej jag har precis skrivit en labbrapport om verkningsgrad hos en kokplatta. Läraren har väldigt höga krav och jag vill få ett A. Är det här tillräckligt bra och finns det något jag kan utveckla? 

Syfte

Syftet med den här laborationen är att undersöka hur mycket av den värme som en kokplatta producerar faktiskt används till att koka vattnet i en bägare. Samt att ta reda på vad verkningsgraden är. 

Frågeställningar

Är värmeutvecklingen konstant eller är den förändrad? 
Vad händer med molekylerna vid uppvärmningen av vattnet? 
Vad händer med energin som inte används för att värma upp vattnet?

Fakta

Hur mycket energi som krävs för att värma upp ett ämne beror på ämnets specifika värmekapacitet, den specifika värmekapaciteten (c) för ett ämne beskriver hur mycket energi som krävs för att höja temperaturen för ett kilogram av ämnet med en grad celsius. För 1 dl vatten är den 418 J/˚C, vilket betyder att de krävs 418 joule för att värma 1 dl vatten med 1˚C. 

När vatten kokar vid normalt tryck bildas vattenånga (fria vattenmolekyler) med en temperatur på 100 *C. 

I alla situationer vid en förändring måste man använda energi. En bilmotor använder kemisk energi i bensinen för att få bilen att röra sig och en lampa använder elektrisk energi för att få lampan att lysa, men all energi används inte till det som man vill utföra. En lampa blir till exempel också varm, och den värmen är energi som inte blir till ljus. 

Verkningsgrad är ett mått på hur stor procent av energin som används till det man vill. Man använder begreppen tillförd energi och nyttig energi. I exemplet med lampan är elektriciteten som används den tillförda energin, och den nyttiga energin är det som faktiskt bara blir ljus. Uträkningen av verkningsgrad: Verkningsgrad = Nyttig energi/Tillförd energi. 

Energi = Det finns inget tydligt sammanfattande för energi utan energi kommer i olika former. Men definitionen av energi är potentialen att medföra rörelse. Dom tre vanligaste energiformerna är rörelseenergi, lägesenergi, mekanisk energi och värmeenergi. 

Effekt = anger den mängd energi som omvandlas per tidsenhet. Effekt mäts i Watt (W)

Energiprincipen = fysiska förhållandet att energi inte kan skapas utan bara omvandlas mellan dom olika formerna 

Värmeutveckling = hur temperaturen/ värmen utvecklar sig under dom olika minuterna. Dvs hur mycket temperaturen stiger mellan minuterna. 

Hypotes

Jag tror att det kommer gå in ca ¼ eller 25% av värme energin från kokplattan till bägaren med vatten. Det tror jag för att bägaren tar upp ca ¼ av värmeplattan. Resterande ¾ av värmeenergin från värmeplattan kommer inte värma upp vattenbägaren. Denna värmeenergi kommer bara stiga rakt upp utan att påverka bägaren med vatten. 

Materiel

Bägare med 1 dl vatten 
Termometer 
Tidtagarur
Kokplatta med en effekt på 430 W 

Metod

Test 1 

Laborationen startade med att allt material som behövdes för att utföra laborationen togs fram. 
Därefter fylldes bägaren med 1 dl vatten och sedan mättes vattnets starttemperatur innan laborationens start samt hur många grader vattnet behövde stiga innan det börja koka och skrev ner det i resultattabellen. 
Därnäst ställdes bägaren på kokplattan, en termometer placerades i bägaren och tidtagaruret startades och därmed startades även laborationen. 
Under laborationens gång mättes vattnets temperatur varje minut för att föra protokoll och se värmeutvecklingen samt skrev ner i resultattabellen och även hur många grader temperaturen behövde stiga för att vattnet skulle börja koka.

Test 2 

Omgång 2 startade med att bägaren fylldes med 1 dl vatten och sedan mättes vattnets starttemperatur innan laborationens start samt hur många grader vattnet behövde stiga innan det börja koka och skrev ner det i resultattabellen. 
Efteråt ställdes bägaren på kokplattan, en termometer placerades i bägaren och tidtagaruret startades och därmed startades även laborationen. 
Parallellt under laborationens gång mättes vattnets temperatur varje minut för att föra protokoll och se värmeutvecklingen samt skrev ner i resultattabellen och även hur många grader temperaturen behövde stiga för att vattnet skulle börja koka. 

Resultat 

Test 1 

Tid (min)
Temperatur (*C) 
Temperatur till vattnet kokar (*C)
0
20 
80 
1
32
68
2
42
58 
3
60
40 
4
70.5
29.5 
5
78.5
21.5
6
84
16
7
87
13
8
90
10
9
93
7
10 
95
5 
11
96
4
12
97
3
13
96
4

Test 2 

Tid (min)
Temperatur (*C) 
Temperatur till vattnet kokar (*C)
0
19
81
1
31
69
2
47
53
3
64
36
4
78
22
5
90
10
6
98
2
7
100
0  

Verkningsgrad

Nyttig energi: 81˚C • 418 joule = 33 858

Tillförd energi: 60 sekunder • 430 joule • 7 minuter = 180 600 

Verkningsgrad = Nyttig energi/Tillförd energi 

33 858/180 600 ~ 19% (18.7%) 

Verkningsgrad = 19% 

Diskussion och slutsats

Resultatet av laborationen var att vi fick en verkningsgrad på 18,7 % som avrundas uppåt till 19 %. Detta menas med att 19% av den energi som kokplattan avger används för att värma upp vatten i bägaren. Min hypotes var ungefär att 25% av energin som plattan avgav skulle användas till att värma upp vattnet. Slutsatserna av det är att min hypotes ungefär stämde överens med vad resultatet blev. Det jag tänkte var att bägaren täckte ungefär 25 % av värmeplattan. Detta skulle leda till den värmen skulle värma upp vattnet. Resten trodde jag bara skulle bli spillvärme. Man kan se att min hypotes inte var så utförlig genomtänkt eftersom att det mest var en chansning och jag inte visste hur det egentligen går till i processen. Så slutsatsen man kan dra genom hypotesen är att jag inte var super långt ifrån resultatet men eftersom att det bara var en chansning och jag inte visste till 100% om bägaren täckte 25% av kokplattan. Detta gjorde att min hypotes inte hade någon källa bakom sig utan det var mer en ren chansning för att på något sätt försöka lista ut vad resultatet blev. Men resultatet och hypotes stämde ganska bra överens med det var inte supernogrannt uträknat när jag fastställde hypotesen. Utan jag utgick mest ifrån vad jag trodde skulle hända med värmen. Jag kunde då inte se varför värmen som inte var under bägaren skulle värma upp vattnet. Utan jag var ganska säker på att det skulle bli spillvärme och därför kunde jag ställa en hypotes. 

Under utförandet av laborationen så kunde det ha uppstått många felkällor. Det uppstod en felkälla när vi gjorde laborationen första gången. För det som hände var att vattnet aldrig började koka första gången laborationen utfördes.Många faktorer kan ha spelat in varför det blev fel vid första testet. Men mina teorierna är att kokplattan inte hade en effekt på 430w och att den då inte kunde värma upp vattnet till 100 celsius och därav att vattnet inte började att koka. Anledningen till att plattan inte hade en effekt på 430W kan ha varit för att den satt i samma eluttag som en annan kokplatta och att den då inte fick all energi. Det kan ha varit så att eluttaget inte hade tillräckligt stark energi från början och att den kokplattan vi använde inte fick energin den behövde för att den andra kokplattan tog den energi som uttaget hade. Sedan provade vi att ta en annan termometer för att kolla om det var den det var fel på. Men den andra termometern gick inte heller upp till 100 Celsius. Samt att vi använde den första termometern till test 2 när testet funka. Detta ledde till att första testet inte blev lyckat och den största orsaken till det tror jag är för att kokplattan inte fungerade helt som den skulle. Men det kan också ha varit att det var något fel på kokplattan. Det kan ha varit väldigt gammal och då inte haft samma energi längre. Men det kan också ha varit att den var sönder på något annat sätt. 

Till test två så bytte vi kokplatta för att denna gången kunna få ett gynnsamt svar. Vi använde oss av en kokplatta som inte hade någon annan kokplatta i samma skarvsladd där skarvsladden satt i ett och samma uttag. Vid detta test så fick vi ett bra resultat och vattnet började koka. Detta tog 7 minuter och verkningsgraden blev 19 %. Det som kan ha varit annorlunda denna gången förutom att vi bytte kokplatta kan ha varit att vi inte kylde mer bägaren ordentligt mellan testen och att bägaren redan var uppvärmd och att det gjorde att vattnet och var varmare vilket kan ha lett till att det gick fortare att värma upp vattnet vid test 2. 

Enligt resultatet kan man se att värme stigningen inte var konstant. Man kan tempuren ökar snabbare i början men ju närmare det kommer 100 grader så stiger temperaturen långsammare. Varför resultatet är så har med värmeutvecklingen att göra.  När temperaturen höjs så tillförs det mer energi och molekylerna samt atomerna rör sig snabbare. Värme är molekylernas rörelseenergi vilket gör att ju mer energi som tillförs ju snabbare kommer molekylerna och atomerna röra sig och temperaturen kommer att blir ännu varmare. Tills vattnet når kokpunkten. Vilket det i det här fallet gjorde efter 7 minuter. Det är ganska lång tid med tanke på att värme platan hade en effekt på 430W. Men eftersom att verkningsgraden var 19% så är det bara 19% av den tillförda energin som används. För resten går till spillvärme. Det är detta som gör att det tar så oss lång tid att värma upp vattnet i detta fallet.

För att förbättra laborationen hade man kunnat vara ännu noggrannare med att verkligen använda en bägare som inte var varm efter första testen och ha i termometer länge i vattnet för att få en exakt temperatur innan laborationens start och för också få en ännu mer exakt verkningsgrad. Samt att alla hade kunnat få ett varit eluttag för att det skulle bli rätt effekt på alla kokplattor. Man hade även kunnat utföra laborationen flera gånger för att se om resultatet blev densamma om inte får men försöka dra slutsatser efter det men även sammanställa allt och se om det finns några samband osv. Hade resultatet blivit samma hela tiden hade man vetat att man utfört en korrekt laboration och därmed få ett helt korrekt svar och den rätta verkningsgraden 

Slutsatsen man kan dra av detta är att vi var tvungna att göra två test då det första inte funka. Många felkällor kan ha uppstått med dessa ovan är dom mest trovärdiga. Resultatet vi fick av laborationen var att verkningsgraden blev 19% detta stämde ganska bra överens med hypotesen. Att verkningsgraden blev 19 % betyder att det var 19% av den tillförda energin som används för att värma upp vattnet till 100 celsius så att vattnet sedan började koka.