Vesivoimalaitoksen pienoismallin hyötysuhde

Tutkimuskysymys: Kuinka suuri osa putoavan veden energiasta muuttuu pienoisvoimalaitoksessa sähköksi, ja miten hyötysuhde riippuu käyttötilanteesta?

Suomessa vesivoimalaitokset muuttavat putoavan veden energiaa sähköksi. Pienoismallissa periaate on sama: vesi putoaa, pyörittää turbiinia, ja turbiinin akselilla oleva generaattori tuottaa sähköä. Tässä tutkimuksessa selvität mittaamalla, kuinka suuri osa veden energiasta päätyy pienoismallissa sähköksi ja muuttuuko osuus, kun voimalaitosta käytetään eri tavoin. Mittaa, laske ja päättele itse: tämä sivu kertoo, mitä tutkitaan, ja tukee sinua niin paljon kuin valitsemasi työtapa lupaa.

Tässä tutkimuksessa opit

rajaamaan tutkittavan järjestelmän ja päättelemään, mitkä suureet on mitattava sille tulevan ja siitä saatavan tehon selvittämiseksi
määrittämään laitteen hyötysuhteen mitatuista tehoista ja tarkastelemaan, miten se muuttuu käyttötilanteen mukana
arvioimaan, miten usean mitatun suureen epävarmuudet vaikuttavat tulokseen, ja tunnistamaan tärkeimmät energiahäviöt

Vaativuus

Hyötysuhde eri virtaamilla tai putouskorkeuksilla: fysiikka F2 · koe E3
Kuorman vaikutus sähkötehoon ja hyötysuhteeseen: fysiikka F2 · koe E3

F1–F3 kertoo, kuinka vaativaa fysiikkaa työ tarvitsee, E1–E3 kuinka vaativa mittaus ja analyysi on. Tuen määrän valitset itse alla.

Valitse työtapaOsittain ohjattu tutkimus Teet osan valinnoista itse ja perustelet ne.Itsenäinen tutkimus Suunnittelet ja perustelet itse, vihjeet piilossa.

Tässä työssä tarvitset näitä tietoja ja taitoja

Fysiikan tiedot

välttämätön Hyötysuhde (FY2)Hyötysuhde on hyötytehon ja laitteeseen otetun tehon suhde.
välttämätön Teho: $P = \Delta E/\Delta t$ (FY2)Teho on energian muutos jaettuna ajalla, jossa se tapahtuu.
välttämätön Liike-energia, potentiaalienergia ja mekaaninen energia (FY4)Veden potentiaalienergia $E_\text{p} = mgh$ on energia, jota voimala muuttaa sähköksi.
hyödyllinen Vesi- ja tuulivoima energian muuntajina (FY4)Luku kertoo, miten oikea vesivoimala muuttaa putoavan veden energiaa sähköksi.
välttämätön Sähköteho $P = UI$ (FY6: Sähköteho ja Joulen laki)Generaattorin kuormalle antama teho lasketaan jännitteestä ja sähkövirrasta; lyhyt selitys on tällä sivulla kohdassa Teoriaa lyhyesti.

Kokeelliset taidot

välttämätön Jännitteen ja sähkövirran mittaaminen yleismittarilla (FY6: Mittaukset virtapiirissä)Virtamittari kytketään sarjaan kuorman kanssa ja jännitemittari sen rinnalle; lyhyt ohje on tällä sivulla.
välttämätön Mittaaminen ja mittauksen luotettavuus (FY1)Mittausepävarmuus ja tuloksen ilmoittaminen epävarmuuksineen.
hyödyllinen Graafinen esitys ja suoran sovittaminen (FY1)Kuvaajan laatiminen ja tulkinta.
hyödyllinen Oma kokeellinen tutkimus: suunnittelu, toteutus ja raportointi (FY1)Oman tutkimuksen suunnittelu ja työselostuksen rakenne.

TVT-taidot

välttämätön Tehojen ja hyötysuhteen laskeminen laskettuina sarakkeina ja kuvaajan piirtäminen ohjelmalla (Graphical Analysis Pro) (ohje: Mittauspisteiden kuvaaja, Taulukko ja lasketut sarakkeet)Mittauksia on monta ja jokaisesta lasketaan kaksi tehoa ja hyötysuhde.

Välineet

vesivoimalaitoksen pienoismalli: vesiturbiini ja sen akselilla generaattori (opettajan pienoismalli voi poiketa tästä kuvauksesta)
vesiastia, jonka voi asettaa turbiinia korkeammalle, ja letku
keräysastia ja vaaka tai mitta-astia
ajanottoväline
mittanauha
kaksi yleismittaria tai jännite- ja virta-anturi
kuormavastus tai pienoislamppu (ei LEDiä eikä moottoria) sekä johtimia
liinoja roiskeiden kuivaamiseen

Turvallisuus

Vettä ja sähköä käytetään yhdessä: virtapiirissä saa olla vain pienoismallin generaattori ja sen pienjännitekuorma, ei koskaan verkkovirtaa. Älä tuo verkkovirtaan kytkettyjä laitteita vesiastioiden lähelle; jos järjestelyssä on verkkovirralla toimiva pumppu, opettaja asentaa sen.
Pidä mittarit, johtimet ja liitokset kuivina ja erillään vesiastioista ja letkusta. Kuivaa roiskeet heti, myös lattialta, ettei kukaan liukastu.
Varmista, että korkealle nostettu vesiastia on tukevasti paikallaan eikä teline kaadu. Täytä ja nosta astia varovasti.
Pidä sormet ja johtimet poissa pyörivän turbiinin ja akselin luota.
Valitse virtamittarin mittausalue niin, ettei mittarin suurin sallittu virta ylity; aloita suurimmalla alueella.

Tutkimustehtävä

Selvitettävä: mikä on pienoisvoimalaitoksen hyötysuhde epävarmuuksineen ja miten se muuttuu, kun veden virtaamaa tai putouskorkeutta muutetaan. Selvitä myös, mitä energiaa tai tehoa järjestelmään syötetään, mitä siitä saadaan hyödyksi ja mitä suureita näiden määrittämiseksi on mitattava.

Päätät itse: mitä järjestelmään luet kuuluvaksi ja mistä mihin putouskorkeus mitataan, muutatko virtaamaa vai putouskorkeutta ja millä arvoilla, miten mittaat veden määrän ja ajan, mittauspisteiden ja toistojen määrän, kuvaajan, jolla esität tulokset, sekä tavan, jolla arvioit tuloksen epävarmuuden. Osittain ohjatussa työtavassa sivu antaa näihin tukea, itsenäisessä työtavassa perustelet valintasi itse.

Opettajan pienoismalli voi poiketa tämän sivun kuvista: sovella suunnitelmasi siihen laitteeseen, joka teillä on käytössä.

Itsenäinen työtapa. Laajennus, kuorman vaikutus sähkötehoon ja hyötysuhteeseen, kuuluu työhösi, jos pienoismallin kuormaa voi vaihtaa.

Ennusta

Kirjoita ennusteesi vihkoon tai työselostuksen hypoteesiksi ennen kuin luet eteenpäin ja ennen kuin mittaat:

Kuinka suuri osa veden energiasta arvelet päätyvän pienoismallissa sähköksi: lähes kaikki, noin puolet vai pieni osa? Miksi?
Mihin se osa veden energiasta joutuu, joka ei muutu sähköksi? Luettele ainakin kolme kohdetta.
Jos veden teho kaksinkertaistuu, kaksinkertaistuuko myös sähköteho? Pysyykö hyötysuhde samana?
Minkä suureen mittaaminen on todennäköisesti vaikeinta, ja miten voisit helpottaa sitä?

Perustele ennusteesi fysiikan avulla. Palaat siihen johtopäätöksissä.

Tutkimuskysymyksestä mitattaviksi suureiksi

Energiaa tai tehoa ei voi lukea suoraan mistään mittarista. Ennen kuin luet eteenpäin, kirjaa:

Mitä energiaa järjestelmään syötetään, ja mistä suureista sen teho saadaan?
Mitä energiaa järjestelmästä saadaan hyödyksi, ja mistä suureista sen teho saadaan?
Missä järjestelmä alkaa ja mihin se päättyy? Esimerkiksi: kuuluuko veden putoaminen turbiinin alapuolella keräysastiaan järjestelmään?

Teoriaa lyhyesti

Hyötysuhde $\eta$ on laitteen antaman hyötytehon ja laitteeseen otetun tehon suhde Tarvitsetko apua? → Hyötysuhde:

$$\eta = \frac{P_\text{s}}{P_\text{o}}$$

missä $P_\text{s}$ on tässä työssä generaattorin kuormalle antama sähköteho ja $P_\text{o}$ veden voimalaitokselle tuoma teho. Energia säilyy, joten hyötysuhde on enintään $100\,\%$.

Teho on energian muutos jaettuna ajalla, jossa muutos tapahtuu: $P = \dfrac{\Delta E}{\Delta t}$ Tarvitsetko apua? → Teho. Kun vesi laskeutuu korkeuden $h$ verran, sen potentiaalienergia pienenee määrällä $mgh$ Tarvitsetko apua? → Potentiaalienergia. Oikea vesivoimala käyttää juuri tätä energiaa Tarvitsetko apua? → Vesi- ja tuulivoima.

Sähköteho. Kun generaattori syöttää sähkövirtaa kuormaan, esimerkiksi vastukseen, kuorman saama sähköteho on

$$P_\text{s} = UI$$

missä $U$ on kuorman napojen välinen jännite (yksikkö voltti, $\text{V}$) ja $I$ kuorman läpi kulkeva sähkövirta (yksikkö ampeeri, $\text{A}$). Teho saadaan watteina, koska $1\ \text{V} \cdot 1\ \text{A} = 1\ \text{W}$. Jännite mitataan jännitemittarilla, joka kytketään kuorman rinnalle, ja sähkövirta virtamittarilla, joka kytketään sarjaan kuorman kanssa, niin että sama virta kulkee molempien läpi. Sähkötehoa käsitellään tarkemmin moduulissa FY6.

Kysy opettajalta, antaako pienoismallin generaattori tasa- vai vaihtojännitettä, ja aseta molemmat mittarit sen mukaan. Vaihtojännitteellä $P_\text{s} = UI$ lasketaan mittarien näyttämistä tehollisarvoista, ja se pätee, kun kuormana on vastus.

Tarkista kirjauksesi tästä. Rajataan järjestelmäksi vesi, turbiini ja generaattori siitä, kun vesi lähtee ylemmän astian vedenpinnalta, siihen, kun se on kulkenut turbiinin läpi. Putouskorkeus $h$ mitataan ylemmän astian vedenpinnasta turbiinin tasolle, esimerkiksi turbiinin akselin tasolle, sama kohta jokaisessa mittauksessa. Turbiinin alapuolinen putoaminen keräysastiaan ei pyöritä turbiinia, joten se jää järjestelmän ulkopuolelle.

Kun ajassa $\Delta t$ turbiinin läpi virtaa veden massa $\Delta m$, veden potentiaalienergia pienenee määrällä $\Delta m \cdot g h$. Veden voimalaitokselle tuoma teho on siis

$$P_\text{o} = \frac{\Delta m}{\Delta t} \cdot g h$$

missä $\dfrac{\Delta m}{\Delta t}$ on massavirta eli sekunnissa turbiinin läpi kulkeva veden massa ($\text{kg/s}$), $g$ putoamiskiihtyvyys ja $h$ putouskorkeus. Malli edellyttää, että

vesi on ylemmän astian pinnalla lähes levossa ja virtaa alas pelkän painovoiman vaikutuksesta. Jos pienoismalliin tulee vettä vesijohdosta tai pumpulta, putouskorkeus ei yksin kerro veden energiaa: kysy opettajalta, miten järjestely tehdään.
putouskorkeus pysyy mittauksen ajan lähes samana. Jos ylemmän astian pinta laskee mittauksen aikana selvästi, käytä pinnan korkeuden keskiarvoa ja ota pinnan lasku huomioon epävarmuudessa.

Turbiinista lähtevällä vedellä on vielä liike-energiaa. Se ei muutu sähköksi, joten tässä rajauksessa se on yksi häviöistä.

Hyötysuhde on tällöin

$$\eta = \frac{P_\text{s}}{P_\text{o}} = \frac{UI}{\dfrac{\Delta m}{\Delta t} \cdot g h}$$

Suunnittele

Ennen mittaamista päätä ja kirjaa ylös, mitä muutat, mitä mittaat ja mitä pidät vakiona. Kirjaa järjestelmän rajaus perusteluineen.

Osittain ohjattu. Valitse, muutatko virtaamaa, esimerkiksi letkun hanalla tai suuttimen koolla, vai putouskorkeutta, eli ylemmän astian korkeutta. Pidä toinen niistä ja kuorma vakiona. Tee mittaus ainakin viidellä eri arvolla. Jokaisessa mittauksessa mittaat veden massan $\Delta m$, joka kulkee turbiinin läpi ajassa $\Delta t$, putouskorkeuden $h$ sekä kuorman jännitteen $U$ ja sähkövirran $I$ samana aikana. Kirjaa päätöksesi perusteluineen.

Mieti ainakin näitä:

Miten mittaat massan $\Delta m$? Punnitsetko keräysastian ennen ja jälkeen vai mittaatko veden tilavuuden ja käytät veden tiheyttä? Jos osa turbiinin läpi kulkeneesta vedestä roiskuu keräysastian ohi, $\Delta m$ jää liian pieneksi ja hyötysuhde liian suureksi.
Kuinka pitkä keräysaika $\Delta t$ tarvitaan, jotta ajanoton aloitus ja lopetus eivät vaikuta paljon tulokseen?
Pysyykö ylemmän astian vedenpinta paikallaan, vai pitääkö sitä täyttää mittauksen aikana tai seurata pinnan laskua?
Heilahtelevatko jännite ja virta? Miten luet niistä edustavan arvon samalta ajalta kuin veden keräys?

Mittaa

Kirjaa alkuperäiset mittaustulokset taulukkoon heti mittauksen aikana. Laskemasi suureet saavat omat sarakkeensa mitattujen oikealle puolelle. Kirjaa myös, kuinka tarkasti luit kunkin suureen, ja huolehdi, että jokainen mittaus tehdään mahdollisimman samalla tavalla. Tarvitsetko apua? → Mittausepävarmuuden arvioiminen

Voit käyttää esimerkiksi tällaista taulukkoa:

$h\ (\text{m})$	$\Delta m\ (\text{kg})$	$\Delta t\ (\text{s})$	$U\ (\text{V})$	$I\ (\text{A})$	$P_\text{o}\ (\text{W})$	$P_\text{s}\ (\text{W})$	$\eta$

Jos punnitset keräysastian ennen ja jälkeen, kirjaa molemmat lukemat omiin sarakkeisiinsa ja laske $\Delta m$ niiden erotuksena. Aloita veden keräys vasta, kun turbiinin pyörimisnopeus ja mittarien lukemat ovat asettuneet. Toista ainakin yksi mittaus, niin näet, kuinka hyvin tulos toistuu.

Käsittele tulokset

Laske jokaisesta mittauksesta veden teho, sähköteho ja hyötysuhde. Esitä tulokset kuvaajana, josta näkyy, miten hyötysuhde tai sähköteho muuttuu käyttötilanteen mukana. Merkitse akseleille suureet ja yksiköt. Tarvitsetko apua? → Graafinen esitys

Vastaa:

Onko hyötysuhde sama kaikissa mittauksissa? Jos ei, millä tavalla se muuttuu?
Onko sähköteho suoraan verrannollinen veden tehoon?
Millä käyttötavalla pienoismalli toimii parhaiten, ja mistä arvelet sen johtuvan?

Kuvaajan valinta. Kaksi luontevaa kuvaajaa ovat hyötysuhde $\eta$ muutetun suureen funktiona sekä sähköteho $P_\text{s}$ veden tehon $P_\text{o}$ funktiona. Jälkimmäisessä kuvaajassa hyötysuhde on origosta mittauspisteeseen piirretyn suoran kulmakerroin. Jos kaikki pisteet ovat samalla origon kautta kulkevalla suoralla, hyötysuhde on sama kaikissa mittauksissa. Jos pisteet eivät ole sellaisella suoralla, hyötysuhde muuttuu. Mieti, mitä kuvaajan muoto kertoo häviöistä.

Tee laskut ja kuvaajat Graphical Analysis Pro -ohjelmalla. Ruukkilabran ohjeet: Mittauspisteiden kuvaaja ja Taulukko ja lasketut sarakkeet.

Epävarmuus ja luotettavuus

Ilmoita hyötysuhde epävarmuuksineen ainakin yhdessä käyttötilanteessa ja perustele, miten arvioit epävarmuuden. Pohdi myös, mitkä mitatuista suureista vaikuttavat tulokseen eniten.

Hyötysuhde lasketaan viiden mitatun suureen tuloista ja osamääristä. Silloin tuloksen suhteellinen epävarmuus on likimain mitattujen suureiden suhteellisten epävarmuuksien summa:

$$\begin{aligned} \frac{\Delta \eta}{\eta} \approx {} & \frac{\Delta U}{U} + \frac{\Delta I}{I} \\ & + \frac{\Delta (\Delta m)}{\Delta m} + \frac{\Delta (\Delta t)}{\Delta t} \\ & + \frac{\Delta h}{h} \end{aligned}$$

Jos $\Delta m$ on kahden punnituksen erotus, sen epävarmuus on punnitusten epävarmuuksien summa. Jos jännite ja virta heilahtelevat, käytä epävarmuutena heilahtelun puolikasta. Jos vedenpinta laskee mittauksen aikana, käytä putouskorkeutena keskiarvoa ja epävarmuutena puolta pinnan laskusta. Laske jokaisen termin osuus erikseen: suurin termi kertoo, mitä mittausta kannattaa parantaa ensimmäisenä.

Pyöristä $\Delta \eta$ yhteen merkitsevään numeroon ja $\eta$ samaan tarkkuuteen.

Pohdi sitten luotettavuutta konkreettisesti: mitkä olivat suurimmat epävarmuuden lähteet, olivatko ne satunnaisia vai systemaattisia, ja mihin suuntaan ne olisivat muuttaneet hyötysuhdetta? Muuttaisiko toisenlainen järjestelmän rajaus tulosta?

Johtopäätökset

Vastaa tutkimuskysymykseen mittaustesi perusteella. Kuinka suuri on pienoismallin hyötysuhde, ja miten se riippuu käyttötilanteesta? Mitkä ovat tärkeimmät energiahäviöt, ja mihin energia niissä muuttuu? Viittaa kuvaajaan, esimerkiksi "kuvaajasta 1 nähdään, että …". Vertaa tulosta ennusteeseesi: mikä osui oikeaan ja mikä ei?

Halutessasi arvioi yhden häviön suuruus, esimerkiksi turbiinista lähtevän veden liike-energia sekunnissa: mitä sinun pitäisi mitata, ja kuinka suuren osan veden tehosta se vie?

Raportoi

Kirjoita työstä työselostus FY10:n työselostuspohjalla ja käy läpi sen kaikki osat. Kuvaajien ja tulosten esittämisessä auttaa ohje Kuvaajat ja tulokset työselostukseen. Tässä tutkimuksessa erityisen tärkeitä ovat nämä:

Tutkimuskysymys ja tausta: mitä energiaa järjestelmään syötetään, mitä siitä saadaan hyödyksi ja miten tehot lasketaan mitatuista suureista.
Koejärjestely ja menetelmä: kuva järjestelystä, järjestelmän rajaus, mistä mihin putouskorkeus mitattiin, miten virtapiiri kytkettiin ja miten työturvallisuus huomioitiin.
Mittaustulokset: alkuperäiset lukemat omissa sarakkeissaan ja lasketut tehot ja hyötysuhde niiden oikealla puolella.
Tulos: hyötysuhde epävarmuuksineen oikein pyöristettynä ja kuvaaja sen riippuvuudesta käyttötilanteesta.
Luotettavuus: suurimmat epävarmuuden lähteet ja tärkeimmät energiahäviöt.

Laajennus: kuorman vaikutus

Generaattorin antama sähköteho ei riipu pelkästään vedestä vaan myös siitä, mihin generaattori on kytketty. Mitä suurempi virta generaattorin läpi kulkee, sitä enemmän generaattori jarruttaa turbiinia.

Pidä veden virtaama ja putouskorkeus vakiona ja vaihda kuormaa, esimerkiksi eri suuruisiin vastuksiin. Ennen kuin mittaat, pohdi lausekkeen $P_\text{s} = UI$ avulla: mitä sähköteholle tapahtuu, jos kuorman resistanssi on hyvin suuri, jolloin virta on lähes nolla? Entä jos kuorma on lähes oikosulku, jolloin jännite on lähes nolla? Mittaa sitten sähköteho usealla kuormalla, esitä tulos kuvaajana ja päättele, millä kuormalla pienoismalli antaa suurimman sähkötehon ja suurimman hyötysuhteen. Vertaa tulosta päämittauksen tulokseen: kumpi vaikuttaa hyötysuhteeseen enemmän, päämittauksessa muuttamasi suure vai kuorma?

Vihjeitä. Kirjaa jokaisesta kuormasta, mikä se oli, esimerkiksi vastuksen resistanssi. Aloita suurimmasta resistanssista: kun resistanssi pienenee, virta kasvaa, joten tarkista ennen jokaista mittausta, että virtamittarin mittausalue riittää. Laske hyötysuhde jokaisella kuormalla samalla tavalla kuin päämittauksessa. Pohdi myös: miksi kuorma, jolla sähköteho on suurin, antaa myös suurimman hyötysuhteen, kun veden teho pysyy vakiona?

Arvioi omaa työtäsi

Arvioi työtäsi työselostuspohjan muistilistalla ja vastaa lisäksi:

Pystyisikö toinen ryhmä toistamaan mittauksesi kuvauksesi perusteella?
Perustuuko johtopäätöksesi kuvaajaan ja mittaustuloksiin vai siihen, mitä odotit?
Mitä tekisit toisin, jos aloittaisit alusta?

Opettajalle

Valmistelu. Lähdekortissa ei ole välineluetteloa, joten sivu kuvaa yleisen järjestelyn: turbiinia korkeammalla oleva vesiastia, letku, turbiini ja sen akselilla generaattori, kuormavastus, kaksi yleismittaria, keräysastia ja vaaka. Tarkista oman pienoismallisi kohdalta etukäteen, miten virtaamaa tai putouskorkeutta voi muuttaa, mikä kuorma generaattorille sopii ja mikä on suurin virta, jonka generaattori kuormineen antaa; kerro ryhmille virtamittarin sopiva mittausalue. Jos pienoismalliin syötetään vettä vesijohdosta tai pumpulla, veden tehoa ei saa pelkästä putouskorkeudesta: järjestä silloin syöttö korkealla olevasta astiasta tai kerro ryhmille, miten veden energia arvioidaan. Varaa liinoja, alusta roiskeille ja kuiva paikka mittareille. Kerro ryhmille, antaako generaattori tasa- vai vaihtojännitettä. Vaihtojännitteellä molemmat mittarit asetetaan vaihtosuureiden asentoon, ja $P = UI$ lasketaan tehollisarvoista, mikä pätee vastuskuormalle; käytä siksi kuormana vastusta tai lamppua, ei LEDiä tai moottoria. Tarkista myös, että yleismittarit näyttävät tehollisarvon oikein generaattorin taajuudella ja käyrämuodolla (true RMS -mittari tai sinimuotoinen jännite mittarin taajuusalueella); muuten laskettu sähköteho on systemaattisesti virheellinen.

Tavallisia virhekäsityksiä ja ongelmia.

Putouskorkeus mitataan eri kohdista eri mittauksissa tai keräysastian pohjaan asti, vaikka turbiinin alapuolinen putoaminen ei pyöritä turbiinia. Järjestelmän rajaus pitää päättää ennen mittausta ja kirjata.
Massa ja massavirta sekoitetaan: veden tehossa tarvitaan sekunnissa turbiinin läpi kulkeva massa, ei astian koko vesimäärää.
Keräysastian massaa ei vähennetä, tai tilavuus kirjataan millilitroina ja muunnetaan väärin kilogrammoiksi.
Jännite ja virta luetaan eri aikaan kuin vesi kerätään, esimerkiksi heti käynnistyksen jälkeen ennen kuin pyöriminen on tasaantunut.
Virtamittari kytketään kuorman rinnalle tai jännitemittari sarjaan.
Hyötysuhteen oletetaan olevan vakio ja sähkötehon suoraan verrannollinen veden tehoon ilman, että asiaa tarkistetaan kuvaajasta.
Laajennuksessa ei huomata, että kun veden teho pysyy vakiona, hyötysuhde on verrannollinen sähkötehoon: suurimman sähkötehon antava kuorma antaa siksi myös suurimman hyötysuhteen.
Ylemmän astian vedenpinnan laskua mittauksen aikana ei huomioida.
Häviöt nimetään epätarkasti ("energiaa katoaa"); energia muuttuu esimerkiksi turbiinista lähtevän veden liike-energiaksi, kitkassa sisäenergiaksi, roiskeiksi ja ääneksi sekä generaattorin ja johtimien lämmöksi.

Eriyttäminen. Työ on vaativa (F2, E3), ja se sopii itsenäiseksi työksi tai osittain ohjatuksi työksi opintojakson loppupuolelle. Osittain ohjatussa työtavassa sivu antaa järjestelmän rajauksen, veden tehon mallin, taulukon ja epävarmuuden arvioinnin tavan; opiskelija päättää muutettavan suureen, sen arvot ja keräysajan. Itsenäisessä työtavassa sivu antaa vain periaatteet (hyötysuhde, teho, potentiaalienergia ja sähköteho): opiskelija rajaa järjestelmän, muodostaa veden tehon lausekkeen ja perustelee mittaukset itse, ja laajennus kuuluu työhön, jos kuormaa voi vaihtaa. Ennen mittausta kannattaa tarkistaa ryhmän suunnitelma: järjestelmän rajaus, putouskorkeuden mittaustapa ja virtapiirin kytkentä.

Turvallisuus. Vesi ja sähkö ovat työssä yhtä aikaa. Opiskelijoiden virtapiirissä on vain pienoismallin generaattori ja sen pienjännitekuorma, ei koskaan verkkovirtaa; verkkovirtaan kytketyt laitteet, kuten mahdollinen pumppu, ovat opettajan asentamia ja vesiastioista erillään. Mittarit pidetään kuivina, roiskeet kuivataan heti myös lattialta, ja korkealle nostettu vesiastia kiinnitetään tukevasti. Pyörivään turbiiniin ei kosketa. Laajennuksessa pienet kuormat kasvattavat virtaa, joten virtamittarin alue tarkistetaan ennen jokaista mittausta.