XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Что выгоднее: кипятить воду в электрочайнике или на газовой плите
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Вода - самое главное и самое необходимое человеку вещество. Без воды жизнь невозможна. Она зародилась-то в воде более миллиарда лет назад. Мы сами состоим из воды более чем на 60%. В воде в нашем теле протекают самые разные химические реакции, лежащие в основе процессов обмена веществ. Без воды человек может продержаться 3-4 дня и не больше. За сутки человек должен потреблять около трех литров воды. В настоящее время для своей безопасности человек больше потребляет кипяченую воду: готовит супы, часто пьет чай, кофе, компот.
На сегодняшний день у человека есть масса возможностей облегчить себе жизнь, обеспечить удобства. Примером может являться кипячёная вода. Всё, что для этого нужно - газовая плита или электрический чайник.
Один из стереотипов, уходящий корнями в советское прошлое, гласит: "газом все греть дешевле, а электричество дорогое". В те времена это было действительно так, за газ очень часто платили фиксированную сумму, вне зависимости от потребления, а электроэнергия оплачивалась только по счетчику.
Сейчас времена другие. В квартирах на газ стали требовать установку счетчика, тарифы на электроэнергию меняются в зависимости от времени суток и ужетрудно сказать, что однозначно выгодней сходу не получится. Все нужно считать в каждом конкретном случае.
С учетом высокой скорости получения кипятка электричеством, возможно газом и нет смысла греть, особенно когда этот газ тоже оплачивается по счетчику.
В нашей работе мы решили проверить эту гипотезу путём экспериментов и расчётов.
Цель проекта: определить опытным и расчетным путем способ экономии средств для оплаты ЖКХ при потреблении электроэнергии и энергии природного газа в ходе кипячения воды.
Актуальность темы связана с поиском экономии средств семейного бюджета при растущих тарифах ЖКХ.
Задачи исследования:
1.Познакомиться с тарифами ЖКХ на электроэнергию и газ
2.Научиться оценивать и сравнивать затраты на электроэнергию и газовые источники энергии.
3.Показать важность прикладного характера естественных наук.
4.Заострить внимание потребителей энергии в домашних условиях на экономии средств при оплате ЖКХ.
Выдвижение гипотезы и этапы работы
План исследования:
1.Выяснить и сравнить время, затраченное на кипячение 1л воды в электрочайнике и в чайнике, поставленном на газовую горелку;
2.Рассчитать потребляемую энергию при кипячении 1л воды в электрочайнике;
3.Расчитать объем потребляемого природного газа при кипячении 1л воды в чайнике на газовой горелке методом уравнения теплового баланса и с помощью газового счетчика;
4. С помощью квитанций ЖКХ ознакомиться с тарифами на электроэнергию и потреблением природного газа;
5.Расчитать стоимость кипячения 1л воды на газовой горелке и в электрочайнике;
6.Определить экономически выгодный способ кипячения воды.
Прежде чем проводить эксперименты по выбранной нами теме, мы чётко сформулировали гипотезу, которую мы будем подтверждать или опровергать. Итак, мы считаем, что нагревать воду на газовой плите выгоднее, чем электрическим чайником.
Далее, мы перешли уже к экспериментальной части: к нагреву воды. Для нагрева воды электрическим чайником нам понадобится: сам чайник, 1 литр воды и показания счётчика.
Для эксперимента на газовой плите нам понадобятся: металлический чайник, газовая плита, вода и показания газового счётчика.
После проведения двух экспериментов, мы провели расчёты и выяснили наиболее выгодный вариант в зависимости от предпочитаемых качеств.
Эксперимент первый
Итак, мы налили в электрический чайник 1 литр воды и засекли время нагрева и закипания. Получили: чайник выключился спустя примерно 3,52 минуты после включения.
В нашем доме 1КВт стоит 4 рубля и 34 копейки. Проводим вычисления:
Опыт №1 с кипячением 1л воды в электрочайнике. Затраченная энергия равна работе электрического тока, которую можно вычислить по известной формуле: A=Pt. Мощность чайника указана на приборе и составляет - 2000Вт, время кипячения 1л воды - 3,52мин : 60=0,059 часа.
А =2кВт*0,059ч= 0,118кВтч
1кВтч= 4,34р
Стоимость кипячения 1л воды электрочайником составит:
0,118кВтч * 4,34 = 0,51 руб.
За день на 5л * 0, 51 =2, 54 руб.
За месяц - 2,54руб * 30дней = 76,2 рублей
За год - 76,2рублей * 12 = 914,4 рублей
Эксперимент второй
Опыт №2: кипячение воды на газовой горелке.
Согласно показанию газового счетчика на кипячение 1л воды израсходовано 0,0068м3 газа. Стоимость по квитанции за 1м3 -7,38 руб. Тогда стоимость кипячения 1л воды на газовой горелке составит: 0,0068 м3 *7,38 = 0,05 руб. (Расчёты выполнены по показаниям в частном случае, чтобы получить достоверный результат относительно своих приборов, стоит провести расчёты с собственными показаниями).
За день на 5л *0,05=0,25 руб.
За месяц - 0,25 руб. * 30дней = 7,5 руб.
За год - 7,5 руб. * 12 = 90 рублей
Если нет газового счетчика, то объем затраченного природного газа можно найти из уравнения теплового баланса:
Qсгорания топлива =Qводы +Qчайника
Qводы=mводы cводы (1000-200)
Qчайника = mсталиcстали (1000-200)
Qводы = 1кг*4200 Дж/кг 0 С*800 С = 336000 Дж
Qчайника=0,84 кг*500Дж/кг0С*800 С= 33600 Дж
Qсгорания топлива = mгаза *qгаза
m=
Qсгорания топлива =
= 368000 Дж, отсюда объем сгоревшего газа V = 368000/
равна 0,8кг/м3
q – удельная теплота сгорания природного газа по таблице равна 4,4*107Дж/кг
V = 368000Дж / 4,4*107Дж/кг*0,8кг/м3 = 0,01м3
Стоимость кипячения на газовой плите равна: 0,01* 7,4=0,074 руб., что тоже меньше, чем при использовании электрочайника.
Выводы из экспериментов
Электрический чайник греет воду, конечно, значительно быстрее, но и дороже в несколько десятков раз. Нашей задачей было найти способ экономии ресурсов оплаты за ЖКХ и мы его нашли, выяснив, что газом кипятить воду выгоднее, но в тоже время и медленнее в два раза.
Но, по нашему мнению, имеет смысл обращать внимание на те факторы, которые актуальны по индивидуальным запросам. Например, электрический чайник имеет функцию самовыключения, а обыкновенный чайник свистом сообщит о своей готовности, и мы точно не упустим этот момент.
Заключение
Мы провели два эксперимента и выполнили важные расчёты, воспользовавшись физическими формулами, научились рассчитывать потребляемую электроэнергию при нагревании воды, оценивать и сравнивать затраты электрических и газовых источников энергии.
В ходе проведенных исследований по теме: «Что экономически выгоднее кипятить воду в электрочайнике или в чайнике на газовой горелке» были реализованы поставленные цель и задачи. В ходе экспериментов и вычислений установлено, что экономия средств оплаты ЖКХ при кипячении воды возможна в данное время при использовании газовой плиты. В этом случае при кипячении 1л воды экономим на 0,51 - 0,05 = 0,46руб.;
В течение дня экономия составит: 2,54- 0,25 = 2,29руб;
В течение месяца 76,2руб - 7,5руб = 68,7руб;
В течение года 914,4 руб. - 90 руб. = 824,4 руб.
Список используемых источников
1.Физика.8кл.: учебник / А.В. Перышкин. 7-е изд.,-М.:Дрофа,2019.-238с.
2.Физика. 9 класс.: учебник / А.В. Перышкин. 4-е издание, - М.: Дрофа, 2015.
3.Стрельникова Л.Н. Из чего все сделано? Рассказ о веществе/Любовь Стрельникова, под редакцией Генриха Эрлиха - М.: Яуза-пресс,2011.- 4.Калькулятор нагрева воды. [Электронный ресурс] – URL https://heating.mavjuz.com/voda
5.Тепловая мощность и КПД нагревателей. [Электронный ресурс] - URL https://foxford.ru/wiki/fizika/teplovaya-moschnost-i-kpd-nagrevateley)/
6.Квитанции по оплате ЖКХ.