Phương án bố trí thí nghiệm.
- Hai chảo parabol đường kính 30 cm.
- Hai cốc inox sơn đen, một cốc sơn một lớp và một cốc sơn hai lớp. -Thiết bị đo nhiệt độ.
- Cốc đong nước có chia vạch. [2], ta tính toán như sau: - Chảo parabol đường kính D.
- Mặt phản xạ parabol có hệ số phản xạ R = 0,9.
- Cốc làm bằng Inox sơn đen có hệ số hấp thụ ε = 0,9. Trong đó: + Đường kính cốc là d =0,06 m
+ Chiều cao h = 0,1 m + Chiều dày δo = 0,001 m
+ Có khối lượng riêng ρo = 7850 kg/m3 + Nhiệt dung riêng C = 460 J/kgđộ
+Nồi chứa 100ml nước có nhiệt dung riêng Cn = 4200J/kgđộ + Khối lượng riêng ρn = 1000kg/m3
- Cường độ bức xạ trung bình W = 962 w/m2
Trong thời gian τ (giây) cốc nấu (gồm chảo parabol và nồi nấu) sẽ thu từ bức xạ mặt trời một lượng nhiệt bằng Q1
Q1 = ε.E.F.τ, [J]. Trong đó diện tích F = [F1 + RF2 ] = 0,7 D2 + 0,0006 - Diện tích hứng nắng của cốc F1 ≈ d.h, [m2]
- Diện tích hứng nắng của mặt parabol F2 =
4
2
D
π
- F1, [m2] Lượng nhiệt nhận được của cốc Q1 dùng để:
- Làm tăng nội năng của cốc Uo = mo.C.(ts - to) - Làm entanpy của nước Im = mn.Cn(ts - to)
- Làm tăng nội năng của đế cốc Uđế (đế nồi thường làm bằng khung thép nhỏ nên ta bỏ qua phần này)
Trong đó: mo = πd.h.δo.ρo + 2.δo.ρo. 4 2 d π = 0,24 [kg], mn = 4 2 d π .h.ρn = 0,1 [kg], Do cốc được cấu tạo như trên nên tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh chủ yếu là do trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên giữa bề mặt xung quanh nồi và không khí đối lưu xung quanh nên ta trong trường hợp này ta có thể tính:
Q2 = α Fxq (ts - to)τ = 15,4τ [J].
Với: - hệ số toả nhiệt đối lưu tự nhiên α chọn α = 10 W/m2độ - diện tích xung quanh Fxq = πd.h +2.
4
2
d
π
= 0,02 [m2] Vậy phương trình cân bằng nhiệt cho nồi là:
Q1 = mo.C.(ts - to) + mn.CP(ts - to) + Q2 ε.E.F.τ = (πd.h.δo.ρo + 2.δo.ρo. 4 2 d π ) C.(ts - to) + 4 2 d π .h.ρn Cn(ts - to) + α Fxq (ts - to) 855Fτ = 40840,8 + 15,4τ Chon t = 900 => F = 0,054 F =0,7 D2 + 0,0006 = 0,054 Suy ra D= 0,27 m .
Ta chọn chảo parabol với D= 0,3 m, cao 9 cm, tiêu cự 6 cm.
Vật liệu chế tạo chảo ta sử dụng dây thép 3mm uốn theo kích thước đã có, mặt phản xạ ta sử dụng tôn inox có độ bóng cao. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng3.1 Kiểm tra so sánh các loại lớp phủ khác nhau
Vậy ta sẽ sử dụng bình phun sơn để sơn đen cốc chứa nước.
Tiến hành thí nghiệm.
- Sử dụng cốc đong nước lấy 100 ml nước máy, sau đó cho vào hai cốc inox và đậy nắp lại.
- Đưa hai chảo ra ngoài nắng và đặt hai cốc inox lên.
- Điều chỉnh chảo sao cho ánh sáng phản xạ tập trung nhiều nhất vào đáy cốc. - Cứ sau 5 phút tiến hành điều chỉnh chảo và đo nhiệt độ một lần.
Kết quả.
Bảng kết quả đo lần 1 lúc 11h ngày 16 tháng 4 năn 2013.
Thời gian (phút) Nhiệt độ cốc sơn một lớp (0C) Nhiệt độ cốc sơn hai lớp (0C)
0 33 33 5 50 52 10 70 71 15 78 79 20 83 82 25 88 91 30 91 94 35 96 97 40 97,5 99,3
45 98,1 100,2
50 100,3
Bảng kết quả đo lần 2 lúc 12h ngày 16 tháng 4 năn 2013:
Thời gian (phút) Nhiệt độ cốc sơn một lớp (0C) Nhiệt độ cốc sơn hai lớp (0C)
0 33 33 5 50 54 10 71 75 15 78 85 20 83 90 25 91 94 30 95 96 35 98 98 40 98,6 99,5 45 100,3 100,4 Nhận xét.
- Nhiệt độ nước ở cốc sơn hai lớp tăng nhanh hơn cốc sơn một lớp. - Khoãng thời gian đầu nhiệt độ tăng nhanh càng về sau thì tăng chậm. - Thời gian nước sôi ở lần thí nghiệm thứ hai nhanh hơn lần thứ nhất.