XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование бытовых плит разного вида и определение самого эффективного и безопасного из них

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Слиж М.С. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г.Челябинска"

Белова Т.В. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Когда я был маленький, мы с мамой готовили горячий шоколад на плите. После того, как сняли кастрюлю с плиты, мне стал очень интересен красный круг на плите, я положил на него руку и получил сильный ожог руки. Сейчас мы переехали, купили новую плиту и у меня подрастает маленькая сестра, и когда она положила руку на плиту, то не получила ожог и я спросил у мамы почему?

Эта история подвигла меня написать эту исследовательскую работу «Исследование бытовых плит разного вида и определение самого эффективного и безопасного из них», в которой я буду изучать, какие виды плит существуют, и экспериментально сравнивать их между собой по эффективности и безопасности.

Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что дети моего возраста 9-10 лет часто интересуются приготовлением пищи самостоятельно и важно понимать принцип работы различных плит, а также знать правила безопасности обращения с ними.

Гипотеза: исходя из моего опыта, я предполагаю, что индукционная плита является самой безопасной и эффективной.

Целью работы является определить с помощью эксперимента наиболее эффективную и безопасную плиту из существующих видов бытовых плит.

Задачи: 

• сравнить виды и принцип работы различных плит;

• проверить их эффективность путем эксперимента;

• проверить их безопасность путем эксперимента

• сформулировать выводы по проведенной работе.

Методы:

• изучить выбранную тему в сети интернет и литературе;

• зафиксировать данные эксперимента на эффективность плит;

• зафиксировать данные эксперимента на безопасность плит;

• анализ данных.

1. Изучение литературы. Виды плит и принцип их работы.

1.1. Виды бытовых плит.

На сегодняшний день применяются три вида бытовых плит (Приложение I):

1. газовая - источником тепла является пламя от горения газа рис. 1 [1];

2. электрические с нагревательными тэнами, бывают открытого вида рис. 2 и закрытого стеклокерамикой рис. 3 - источником тепла являются раскаленные нагревательные элементы [2];

3. индукционная плита -использует электромагнитную индукцию для нагрева металлической посуды рис.4 [3]. 

1.2. Принцип работы бытовых плит.

Газовая плита - это устройство, использующее газ для приготовления пищи рис. 5. Вот как она работает [4]:

1. газ поступает из газовой трубы через газовый вентиль к газовой плите.

2. газ проходит через регуляторы, которые позволяют вам контролировать количество газа, поступающего в горелки.

3. газ горит на горелках, которые нагревают посуду с едой.

4. огонь на горелках нагревает воздух, который затем поднимается и циркулирует вокруг пищи, нагревая ее со всех сторон.

5. пища готовится, пока вы не решите, что она готова. 

Электрическая плита состоит из нескольких основных компонентов рис. 6 [5]:

1. нагревательные элементы (ТЭНы) - располагаются внутри плиты и могут быть установлены горизонтально, вертикально или спирали.

2. регуляторы мощности - позволяют пользователю управлять температурой и степенью нагрева. Они включают и выключают нагревательные элементы, регулируют их мощность.

3. термостат - контролирует температуру внутри плиты, автоматически отключая нагревательные элементы при достижении заданной температуры и включая их обратно при охлаждении.

4. корпус плиты - изготавливается из материалов, устойчивых к высоким температурам, и обеспечивает изоляцию нагревательных элементов.

Принцип работы электрической плиты заключается в следующем:

При включении плиты в сеть, электрический ток проходит через регуляторы мощности, которые включают нагревательные элементы. Нагревательные элементы преобразуют электрическую энергию в тепловую, нагревая рабочую поверхность плиты. 

Индукционная плита работает на основе электромагнитной индукции - явлении, при котором магнитное поле создает движение электрических токов в проводнике рис. 7 [6]. В индукционной плите магнитное поле создается с помощью специальных катушек, расположенных под стеклокерамической поверхностью плиты. Когда плита включена, магнитное поле начинает генерировать токи, которые нагревают металлическую посуду, установленную на плиту. Посуда, в свою очередь, передает тепло продуктам, которые на ней находятся. Особенностью индукционной плиты является то, что она нагревает только посуду, а не стеклокерамическую поверхность. Эту особенность я решил проверить опытным путем, собрав с папой индукционный нагреватель, чтобы продемонстрировать работу плиты наглядно рис. 8. Он состоит из блока питания, который дает переменное напряжение на 250 Ватт и медный провод, свернутый в спираль в качестве катушки. Как уже говорилось выше, в индукционной плите кастрюля выступает частью электрической цепи и нагревается именно кастрюля, а не плита, это можно увидеть, если поместить карандаш внутрь катушки и ничего не нагреется, а если поместить металлическую ложку с водой, то ложка нагреется и вода закипит, причем очень быстро. В данной работе я даю первое представление о принципе работы индукционной плиты мне и моим сверстникам, которые еще не проходили физику в школе, что важно понимать при использовании плиты во время приготовления пищи.

1.3. Преимущества и недостатки бытовых плит разного вида.

Газовые плиты. Преимущества:

• обычно дешевле;

• в теории быстрее нагреваются, что делает их хорошим выбором для тех, кто хочет сэкономить деньги и быстро готовить еду;

• Дешевле в использовании, так как газ дешевле электричества.

Недостатки:

• газовые плиты могут быть опаснее, так как они используют открытое пламя, которое может привести к пожарам или взрывам, если не используется правильно, что часто бывает при обращении с ними детьми и пожилыми людьми;

• газовые плиты не так энергоэффективны, как электрические и индукционные, так как газ не используется полностью.

Электрические плиты. Преимущества:

• простота использования и регулировки температуры;

• более безопасны в использовании, поскольку они не используют открытое пламя;

• они более энергоэффективны, поскольку нагревательные элементы могут быть настроены на более низкую температуру, что снижает потери тепла. 

Недостатки:

• дороже газовых;

• в теории медленнее нагреваться, чем газовые;

• дороже в использовании (потребление электричества добавляет счета за обслуживание).

Индукционные плиты. Преимущества:

• высокая эффективность, так как особенностью индукционной плиты является то, что она нагревает только посуду, а не стеклокерамическую поверхность, это обеспечивает более быстрый и эффективный нагрев;

• в теории быстрее нагреваются и остывают, что позволяет быстрее регулировать температуру и экономить время;

• поверхность не нагревается, а значит и более безопасна в сравнении с другими видами плит;

• легче чистятся, так как нет пригорания пищи;

• индукционные плиты более экономичны, так как они потребляют меньше энергии и могут автоматически регулировать мощность нагрева в зависимости от размера и материала посуды..

Недостатки:

• требуется специальная посуда, которая изготовлена из материалов, взаимодействующих с магнитным полем;

• стоят дороже, чем традиционные плиты.

2. Проведение испытаний.

Изучив информацию в литературе и сети Интернет, я не нашел выражение эффективности и безопасности в цифрах, только теоретические данные и оценка технических параметров плит. Поэтому решил сам провести испытания на эффективность и безопасность плит разного вида.

Под эффективностью в этом проекте я подразумеваю время закипания  одинакового количества воды в одной и той же кастрюле на максимальной температуре на разных видах плит рис. 9 в Приложении II.

Для определения безопасности плиты, я проверю пирометром инфракрасным ADA TemPro 700 (Приложение III) рис.14, какая остаточная температура на месте нагрева после того, как убрали кастрюлю.

2.1. Проверка эффективности плит.

Для проверки эффективности, я нагрею один литр воды в кастрюле сначала на газовой плите, потом на электрической двух видов: открытого (спирального) и закрытого (стеклокерамической) вида, и на индукционной. Запишу все данные в сравнительную Таблицу 1 «Время закипания 1 литра воды» в Приложении IV на основании чего можно будет сделать выводы по эффективности плит.

На основании данных, полученных при исследовании, можно сделать следующие выводы. Так как самый низкий показатель времени закипания у индукционной плиты 5,22 мин рис.10, значит она является самой эффективной из исследуемых видов. Второе место по эффективности занимает электрическая плита закрытого типа (стеклокерамика) со значение времени закипания воды 8,16 мин. рис.11. На третьем месте электрическая открытого типа (спиральная) со значением 12,11 минут рис. 12; на четвертом газовая со значением 13,56 мин рис. 13. Из цифр видно, что данные, полученные экспериментальным путем, расходятся с теоретическими данными. Это связано с тем, что современные технологии не стоят на месте и сейчас уже электрические плиты обходят в эффективности плиты газовые. Также видно, что индукционная плита со значением 5,22 минуты сильно превосходит все остальные плиты в эффективности, а значит и затрат на электричество будет меньше, из чего можно сделать вывод еще и о ее экономичности.

2.2. Проверка безопасности плит

Хочу напомнить, что плита любого вида является прибором повышенной опасности и требует проведения обучения по технике безопасности перед ее использованием. 

При проведении исследования плит на безопасность, я проверю пирометром инфракрасным ADA TemPro 700 какая остаточная температура на месте нагрева после того, как убрали кастрюлю; а также защищенность плиты от случайного травмирования пользователя. Все данные я занес в Таблицу 2 «Оценка безопасности плиты» в Приложении IV.

Сначала я проверю газовую плиту на безопасность. Открытый огонь очень травмоопасный, особенно для детей и пожилых людей. Также включение газа без появления пламени влечет за собой отравление газом. Современные газовые плиты оснащены защитой от выхода газа, но в плите имеются много мест соединения газовой трубы с плитой и необходим контроль со стороны взрослого при использовании данной плиты детьми. Замеры по температуре места нагрева, после того как убрали кастрюлю, показали высокие показания, а именно 223℃ рис. 15 в Приложении III, это и понятно, так как в этой плите используется открытое пламя. Важно также учитывать, что плиту можно включить и без посуды, что также опасно, так как можно просто забыть, что включил ее и заниматься своими делами или ее может включить маленький ребенок, а это может привести к пожару. Температура после выключения, подает не сильно быстро.

Электрическая спиральная плита имеет самые высокие показания температуры места нагрева, что составляет 568℃ рис. 16, что позволяет сделать вывод, что это влечет собой опасность случайного ожега, при неаккуратном использовании, что у детей часто встречается из-за их неопытности в использовании плит. После выключения плита остывает медленно и также сохраняется вероятность ожога, что указывает на низкую безопасность при использовании ее детьми и пожилыми людьми, у которых скорость реакции замедленная.

Электрическая стеклокерамическая плита имеет ниже значения температуры  места нагрева и составляет 322 ℃ рис. 17, но остывает также не быстро, что тоже указываете на низкие показатели безопасности.  Плиту можно включить и без посуды, то есть риск включения не той конфорки, где стоит нужная кастрюля, а другую, где не планировали включать, что может привести к пригоранию пищи и задымлению.

Индукционная плита при исследовании температуры места нагрева имела самые низкие показатели, а именно 88℃ рис. 18, что позволило мне прикоснуться к ней на несколько секунд без ущерба для здоровья рис.19. Именно этот случай с моей сестрой я описал вначале работы. Это обусловлено ее принципом работы, что греется не поверхность плиты, а сама кастрюля. После выключения плита остывает мгновенно, остается только тепло от кастрюли, но этих показателей недостаточно, чтобы получить ожог. Данная плита не включится без кастрюли на нужной конфорке рис. 20, это также обусловлено принципом ее работы, что кастрюля является элементом цепи. Поэтому случайно включить и забыть не получится.  Что свидетельствует о высокой степени ее безопасности.

3. Выводы

Сравнивая показатели Таблицы 1 «Время закипания воды» и Таблицы 2 «Оценка безопасности плиты можно сделать следующие выводы:

• по показаниям эффективности индукционная плита находится на первом месте, время закипания 1 литра воды на ней самые низкое, а именно 5,22 минуты. Это также экономит электричество, в сравнении с электроплитой, так как там на это требуется больше времени. Самой неэффективной показала себя газовая плита со временем закипания 13,56 мин.

• по показаниям безопасности, наиболее безопасная для использования детьми и пожилыми людьми является также индукционная плита, риски ожога и случайного включения минимальны, в сравнении с газовой или электрической.

Исследования в этой работе показали, что наиболее безопасной и эффективной плитой является индукционная плита. Считаю, что гипотеза, изложенная вначале работы, доказана.

Также данные экспериментов, проведенных в работе, можно использовать при знакомстве детей с правилами использования и особенностями работы различных видов плит на уроках безопасности жизнедеятельности, что поможет моим сверстникам безопасно и вкусно готовить свои первые кулинарные шедевры. 

Список используемой литературы

1. https://sovet-ingenera.com/gaz/equip/kak-rabotaet-gazovaya-plita.html?ysclid=lnn61d6j26220461675

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Cooktop

3. https://gsmbutik.ru/pro-varochniye-paneli

4. Инструкция по эксплуатации встраиваемой электрической варочной панели Electrolux EHF 56547 FK.

5. Инструкция по эжксплуатации варочной панели газовой GF-HBG104B, GF-HBG104IN, GF-HBG114IN

6. Инструкция по эксплуатации индукционной варочной панели Electrolux EHH 56240 IK

Приложение I. Виды плит и принцип их работы.

Рис. 8

Рис. 7

Рис. 1

Рис. 6

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 3

Рис. 2

Рис. 1

П

Рис. 13

Рис. 12

Рис. 11

Рис. 10

Рис. 9

Рис. 7

риложение II. Проведение исследований на эффективность плит.

Приложение III. Проведение исследований на безопасность плит.

Рис. 19

Рис. 18

Рис. 17

Рис. 16

Рис. 15

Рис. 14

Приложение IV.

Таблица 1. «Время закипания 1 литра воды». Таблица 2. «Оценка безопасности плит»

Таблица 1. «Время закипания 1 литра воды»

Таблица 2. «Оценка безопасности плит»