UWAGA! Ten typ zadania jest zadaniem indywidualnym. Oznacza to, że każdy powinien wykonać je samodzielnie. Poniżej przedstawiamy przykładowy sposób jego rozwiązania.

1. Przygotowanie materiałów

Potrzebny jest czajnik elektryczny, stoper oraz termometr. Można też użyć watomierza do pomiaru zużytej energii.

2. Pomiar początkowy

Wlej do czajnika 1 litr wody i zmierz jej temperaturę początkową. Temperatura ta będzie potrzebna do obliczenia ilości energii potrzebnej do podgrzania wody.

3. Gotowanie wody

Włącz czajnik i zmierz czas potrzebny do zagotowania wody. Czas ten posłuży do obliczenia energii zużytej przez czajnik.

4. Obliczenie energii

Oblicz energię potrzebną do podgrzania wody, korzystając ze wzoru:

$Q=mc\Delta T$

gdzie:

$Q$ - ciepło oddane lub pobrane przez ciało, 

$m$ - masa ciała, 

$c$ - ciepło właściwe substancji, z której wykonano ciało, 

$\Delta T$ - zmiana temperatury ciała.

Energię zużytą przez czajnik można obliczyć ze wzoru:

$E=Pt$

gdzie:

$E$ - zużyta energia elektryczna,

$P$ - moc urządzenia elektrycznego,

$t$ - czas pracy urządzenia.

5. Obliczenie sprawności

Oblicz sprawność czajnika jako stosunek energii użytecznej (do podgrzania wody) do energii pobranej przez czajnik:

$\eta =\frac{Q}{E}\cdot 100\%$

gdzie:

$\eta$ - sprawność urządzenia,

$Q$ - wydzielone ciepło,

$E$ - zużyta energia elektryczna.

Obserwacje

Woda stopniowo zwiększa swoją temperaturę aż do momentu wrzenia. Czajnik zużywa energię elektryczną przez cały czas pracy. Nie cała energia elektryczna zamienia się w ciepło wody - część jest tracona do otoczenia.

Wyjaśnienie

Podczas pracy czajnika energia elektryczna zamienia się w energię cieplną. Część tej energii ogrzewa wodę, a część jest tracona, np. na ogrzanie obudowy czajnika i otoczenia. Sprawność informuje, jaka część dostarczonej energii została wykorzystana zgodnie z przeznaczeniem, czyli do podgrzania wody.

Wnioski

• Nie cała energia elektryczna zamienia się w energię użyteczną.
• Sprawność czajnika jest mniejsza niż 100%.
• Straty energii wynikają z oddawania ciepła do otoczenia.
• Im mniejsze straty energii, tym większa sprawność urządzenia.