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06/05-Hke/Sel
1
Beschreibung
Der Heißluftmotor ist eine für Ausbildungszwecke optimierte
Nachbildung des Stirlingschen Heißluftmotors mit gläsernem
Zylinder und gläsernem Verdrängerkolben: Er dient zur qualita-
tiven und quantitativen Untersuchung der Vorgänge in einem
thermodynamischen Kreisprozess und kann als Wärmekraftma-
schine oder als Wärmepumpe und Kältemaschine betrieben
werden.
Sicherheitshinweise
Die Glasbauteile des Heißluftmotors dürfen thermisch nicht
zu stark belastet werden.
• Heißluftmotor nicht ohne Kühlwasser betreiben und ein-
wandfreien Kühlwasserumlauf überprüfen.
• Temperatur des eintretenden Kühlwassers nicht über 30
°C ansteigen lassen.
• Heizwendel nicht im Dauerbetrieb und nur bei schnell
laufendem Motor auf hohe Temperaturen (Gelbglut) hei-
zen.
Der Heißluftmotor als Wärmekraftmaschine ist nicht selbst
anlaufend und bleibt z.B. nach einem Stromausfall stehen.
Auch Blockieren der Kolbenstangen und Lager kann einen
Stillstand der Maschine verursachen. Bei einem Stillstand
wird die dem Zylinderkopf zugeführte Wärme nicht
ausreichend abgeführt.
• Bei stehender Maschine Zylinderkopf nicht permanent
heizen.
• Heißluftmotor nicht ohne Aufsicht laufen lassen.
• Bei einem Stillstand elektrische Heizung sofort ausschal-
ten.
• Kolbenstangen und Lager durch Aufsetzen des Schutzgit-
ters vor unbefugtem Zugriff schützen.
Gebrauchsanweisung 388 182
Heißluftmotor (388 182)
2
Lieferumfang
1 Heißluftmotor
1 Zylinderkopf-Deckel mit Heizwendel, montiert
1 Schutzrohr, für Heizwendel
1 Zylinderkopf-Deckel mit Schraubdichtung
1 Satz 10 Reagenzgläser
1 Demonstrationsschnur (als Reibband)
1 Antriebsriemen
1 Handgriff
1 Vierkant-Stativstab
1 Flasche Silikonöl, 20 ml (388 21)
Glasbauteile
sowie
Kolbenstangen
Heißluftmotors können bei unsachgemäßem Transport
beschädigt werden.
• Zum Transport Heißluftmotor immer am Fuß anfassen.
Beide Kolben des Heißluftmotors müssen regelmäßig mit
Silikonöl
geschmiert
und
abgedichtet werden. Bei ungenügender Schmierung wird
der Motor laut und läuft nur noch mit verringerter Drehzahl.
• Heißluftmotor insbesondere bei Erstinbetriebnahme und
nach längerer Betriebspause mit Silikonöl schmieren.
Achtung:
Zylinderkopf-Deckel
werden bei längerem Betrieb mit maximaler Heizleistung
sehr heiß.
• Schutzgitter des Zylinders montieren.
• Heißluftmotor vor Entfernen der Anschlusskabel oder vor
Austausch des Zylinderkopf-Deckels abkühlen lassen.
und
Lager
des
gegen
die
Zylinderwand
und
Anschlussbuchsen
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Inhaltszusammenfassung für LD 388
- Seite 1 1 Satz 10 Reagenzgläser schine oder als Wärmepumpe und Kältemaschine betrieben 1 Demonstrationsschnur (als Reibband) werden. 1 Antriebsriemen 1 Handgriff 1 Vierkant-Stativstab 1 Flasche Silikonöl, 20 ml (388 21) Sicherheitshinweise Die Glasbauteile des Heißluftmotors dürfen thermisch nicht Glasbauteile sowie Kolbenstangen Lager zu stark belastet werden.
- Seite 2 Gebrauchsanweisung 388 182 Seite 2/5 Komponenten 1 Fuß Kühlwasserablauf (1a), Kühlwasserzulauf (1b), Muffe (1c), 4-mm-Bohrungen (1d), Umlenkrolle (1e) 2 Träger 3 Schwungscheibe 4 Kurbelwelle 5 Kolbenstangen Schlauchwelle für Drucksensor (5a), Verschlussstopfen (5b), Schlauchwellen für Kühlwasser (5c) 6 Stift mit Öse, mit Arbeitskolben verbunden 7 Zylinder Arbeitskolben (7a), Verdrängerkolben (7b), Kupferwolle (7c), Kühlwasserablauf (7d), Kühlwasserzulauf (7e)
-
Seite 3: Technische Daten
Seite 3/5 Gebrauchsanweisung 388 182 Technische Daten Inbetriebnahme Wärmekraftmaschine: 5.1 Schmierung Leistung: ca. 10 W Heizleistung: ca. 300 W Anschlussspannung: 6-20 V Wärmepumpe und Kältemaschine: maximale Temperatur: ca. 100 °C minimale Temperatur: ca. - 30°C Zylinder: Innendurchmesser: 60 mm minimales Gasvolumen: ca. - Seite 4 Gebrauchsanweisung 388 182 Seite 4/5 Heißluftmotor als Wärmekraftmaschine 6.1 Betrieb als Wärmekraftmaschine: 6.2 Aufzeichnung des pV-Diagramms: zusätzlich erforderlich: zusätzlich erforderlich: 1 U-Kern mit Joch 562 11 1 Sensor-CASSY 524 010 1 Spannvorrichtung 562 12 1 CASSY Lab 524 200 1 Netzspule mit 500 Windungen für 230 V...
- Seite 5 Wasser kann unter den Gefrierpunkt abgekühlt und bis zum Siedepunkt erwärmt werden. LD Didactic GmbH . Leyboldstrasse 1 . D-50354 Huerth / Germany . Phone (02233) 604-0 . Fax (02233) 604-222 . e-mail: info@ld-didactic.de by LD Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany...
- Seite 6 LEYBOLD Kalorik Handblätter P2.6.1.1 Physik Thermodynamischer Kreisprozess Heißluftmotor: Qualitative Versuche Betrieb des Heißluftmotors als Wärmekraftmaschine Versuchsziele Inbetriebnahme des Heißluftmotors als Wärmekraftmaschine durch elektrische Heizung des Zylinders. Qualitative Untersuchung der Abhängigkeit der Leerlaufdrehzahl von der Heizspannung. Qualitative Untersuchung der Abhängigkeit der Drehzahl von der Bremskraft (Reibungskraft). Grundlagen ferwolle in der Bohrung ab.
- Seite 7 Geräte bungskraft erhöht werden. Dadurch wird der Motor auf eine 1 Heißluftmotor ....388 182 geringere Drehzahl abgebremst. 1 U-Kern mit Joch ... . .
- Seite 8 P2.6.1.1 LEYBOLD Handblätter Physik Fig. 3 Versuchsaufbau zum Betrieb des Heißluftmotors als Wärmekraftmaschine (hier dargestellt: Kühlwasserzufuhr aus Wasserbehälter mittels Tauchpumpe). Variation der Heizspannung: Variation der Bremskraft: Mit steigender Zugkraft auf das um die Welle geschlungene – Bei laufender Maschine abgegriffene Heizspannung Kupferbandes nimmt die Drehzahl ab: schrittweise bis auf 6 V reduzieren und bis auf 20 V erhö- hen;...
- Seite 9 LEYBOLD Kalorik Handblätter P2.6.1.3 Physik Thermodynamischer Kreisprozess Heißluftmotor: Qualitative Versuche Betrieb des Heißluftmotors als Wärmepumpe und Kältemaschine Versuchsziele Inbetriebnahme des Heißluftmotors als Wärmepumpe durch Antrieb der Schwungscheibe gegen den Uhrzeigersinn. Bestimmung der Maximaltemperatur im Zylinderkopf. Inbetriebnahme des Heißluftmotors als Kältemaschine durch Antrieb der Schwungscheibe im Uhrzeigersinn. Bestimmung der Minimaltemperatur im Zylinderkopf.
- Seite 10 Der Versuchsaufbau ist in Fig. 2 dargestellt. Geräte 1 Heißluftmotor ....388 182 Kühlwasserversorgung: 1 Thermometer, −50 C bis 120 C ..
- Seite 11 P2.6.1.3 LEYBOLD Handblätter Physik Auswertung Hinweis: Dem Zylinderkopf des Heißluftmotors wird je nach Drehsinn Beim Betrieb des Heißluftmotors entsteht Überdruck und das Wärme zugeführt oder entzogen. Die Temperatur im Zylinder- Thermometer könnte nach oben herausgeschossen werden. kopf ändert sich so lange, bis die Gleichgewichtstemperatur –...
- Seite 12 LEYBOLD Kalorik Handblätter P2.6.2.1 Physik Thermodynamischer Kreisprozess Heißluftmotor: Quantitative Versuche Kalorische Bestimmung der Reibungsverluste des Heißluftmotors Versuchsziele Messung der Erwärmung des Kühlwassers durch die Kolbenreibung des Heißluftmotors. Bestimmung der Kolbenreibungsarbeit des Heißluftmotors pro Umlauf. Grundlagen Der Heißluftmotor entnimmt als Wärmekraftmaschine pro Um- lauf einem Reservoir 1 die Wärmemenge Q , erzeugt die me- chanische Arbeit W und gibt die Differenz...
- Seite 13 1 Steuer- und Regelgerät ..347 36 behör des Heißluftmotors montieren (siehe Gebrauchsan- weisung 388 221). 1 Zählgerät P ....575 45 –...
- Seite 14 P2.6.2.1 LEYBOLD Handblätter Physik Fig. 1 Versuchsaufbau zur kalorischen Bestimmung der Reibungs- verluste des Heißluftmotors Fig. 2 Bestimmung des Volumendurchsatzes V pro Zeiteinheit t Durchführung – Drehrichtungsschalter (b) in Mittelstellung (Stillstand) schalten, Drehzahlsteller (a) auf mittlere Position stellen und Steuer- und Regelgerät einschalten. –...
- Seite 15 P2.6.2.1 LEYBOLD Handblätter Physik Tab. 2: Temperaturänderungen des Kühlwassers gemes- Tab. 3: In Abhängigkeit von der Drehzahl f ermittelte Werte für sen für verschiedene Drehzahlen f des Heißluftmotors. die Reibungsarbeit pro Umlauf W − 1 − 1 Auswertung Ergebnis In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der Temperatur des Kühlwas- Ein Teil der Arbeit des Heißluftmotors als Wärmekraftmaschine sers während der Erwärmung durch die Kolbenreibung exem- wird als Reibungsarbeit in Wärme umgewandelt und an das...
- Seite 16 LEYBOLD Kalorik Handblätter P2.6.2.2 Physik Thermodynamischer Kreisprozess Heißluftmotor: Quantitative Versuche Bestimmung des Wirkungsgrades des Heißluftmotors als Wärmekraftmaschine Versuchsziele Messung der dem Kühlwasser pro Umlauf zugeführten Wärme Q Messung der pro Umlauf verrichteten mechanischen Arbeit W. Bestimmung des Wirkungsgrades der Wärmekraftmaschine. Grundlagen Eine Wärmekraftmaschine entnimmt einem Reservoir pro Um- Die Wärme Q...
- Seite 17 562 18 behör des Heißluftmotors montieren (siehe Gebrauchsan- 1 Vielfach-Messgerät METRAmax 2 ..531 100 weisung 388 221). 1 Vielfach-Messgerät METRAmax 3 ..531 712 Thermometer, −10 bis + 40 C, in Temperaturadapter ein- –...
- Seite 18 P2.6.2.2 LEYBOLD Handblätter Physik Fig. 2 Versuchsaufbau zur Bestimmung des Wirkungsgrades des Frequenzmessung: Heißluftmotors als Wärmekraftmaschine – Lochscheibe (d) aus dem Zubehör zum Heißluftmotor auf die Kurbelwelle heften. – Gabellichtschranke auf kleinen Stativfuß montieren und auf ein Loch der stehenden Lochscheibe ausrichten. –...
- Seite 19 P2.6.2.2 LEYBOLD Handblätter Physik – Kraft F an Präzisionskraftmesser ablesen. Sobald die Heizwendel rot glüht: Abbremsendes Drehmoment: N = (F + m ⋅ g) ⋅ 0,25 m – Durch Drehen der Schwungscheibe im Uhrzeigersinn Heiß- luftmotor anwerfen. – Temperaturerhöhung des Kühlwassers bestimmen. Wenn der Heißluftmotor trotz mehrmaligen Anwerfens nicht anspringt: –...
- Seite 20 LEYBOLD Handblätter Physik P2.6.2.2 Auswertung und Ergebnis In Tab. 3 sind aus den Messgrößen berechnete Daten in Ab- hängigkeit von der Heizspannung U und dem abbremsenden Drehmoment N aufgeführt: Die jeweils erreichte Drehzahl f des Heißluftmotors, die Kolbenreibungsarbeit W (aus Versuch P2.6.1.1 entnommen), die dem Kühlwasser durch den Kreis- prozess pro Umlauf zugeführte Wärme Q (nach (VII)-(IX) be-...
- Seite 21 LEYBOLD Kalorik Handblätter P2.6.2.3 Physik Thermodynamischer Kreisprozess Heißluftmotor: Quantitative Versuche Bestimmung des Wirkungsgrades des Heißluftmotors als Kältemaschine Versuchsziele Messung der dem Zylinderkopf pro Umlauf entzogenen Wärme Q Messung der dem Kühlwasser pro Umlauf zugeführten Wärme Q Bestimmung des Wirkungsgrades (der Leistungszahl) der Kältemaschine.
- Seite 22 Heizwendel des „Thermometers mit Heizung“ (d) (aus 1 Handstoppuhr II, 60 s/30 min ..313 17 388 221) von Kontaktstiften ziehen (siehe Gebrauchsan- 1 Kleiner Stativfuß, V-förmig ..300 02 weisung 388 221).
- Seite 23 P2.6.2.3 LEYBOLD Handblätter Physik Fig. 1 Versuchsaufbau zur Bestimmung des Wirkungsgrades des Durchführung Heißluftmotors als Kältemaschine. zunächst: – Kühlwasserversorgung einschalten (dazu z. B. Kleinspan- nungs-Netzgerät für Tauchpumpe auf Stufe 2 stellen), Durchfluss überprüfen und abwarten, bis Wasser durch den Ablaufschlauch zurückläuft. –...
- Seite 24 P2.6.2.3 LEYBOLD Handblätter Physik anschließend: Tab. 3: Wirkungsgrad (Leistungszahl) der Kältemaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl f. – Rechtslauf des Motors ausschalten und weiterhin den Tem- peraturverlauf des Kühlwassers beobachten. − 1 – Temperaturänderung des Kühlwassers bestimmen und notieren. Hinweis: Wenn das Volumen des Kühlwasservorrats zu gering ist, wird die Temperatur im Vorratsbehälter ebenfalls ansteigen.
- Seite 25 LEYBOLD Kalorik Handblätter P2.6.2.4 Physik Thermodynamischer Kreisprozess Heißluftmotor: Quantitative Versuche Heißluftmotor als Wärmekraftmaschine: Aufzeichnung und Auswertung des pV-Diagramms mit CASSY Versuchsziel Aufzeichnung des pV-Diagramms für verschiedene Heizspannungen Bestimmung der mechanischen Arbeit pro Umlauf aus der eingeschlossenen Fläche. Grundlagen Der Kreisprozess einer Wärmekraftmaschine wird häufig als geschlossene Kurve in einem pV-Diagramm (p: Druck, V: Vo- lumen) dargestellt.
- Seite 26 Der Versuchsaufbau ist in Fig. 2 dargestellt. 1 Heißluftmotor ....388 182 1 U-Kern mit Joch ... . .
- Seite 27 P2.6.2.4 LEYBOLD Handblätter Physik Fig. 2 Versuchsaufbau zur Aufzeichnung des pV-Diagramms des Heißluftmotors mit CASSY, dargestellt ohne Schutzgitter des Trägers Durchführung – Kühlwasserversorgung einschalten (dazu z. B. Kleinspan- nungs-Netzgerät für Tauchpumpe auf Stufe 2 stellen), Durchfluss überprüfen und abwarten, bis Wasser durch den Ablaufschlauch zurückläuft.
- Seite 28 P2.6.2.4 LEYBOLD Handblätter Physik Messbeispiel und Auswertung Fig. 3 zeigt das für die Heizspannung U = 10 V aufgezeichnete Tab. 1: Mechanische Arbeit W (10 hPa cm = 1 J) pro Umlauf pV-Diagramm. Der Kurvenverlauf weicht deutlich vom Stirling- in Abhängigkeit von der Heizspannung U Kreisprozess ab.