Milyen adatokból jön ki, hogy 1W 1liter vizet 1 óra alatt 1°C-al emel meg?
1 gramm víz 1°C-val való melegítése egy kalória, azaz 4,184 Joule. 1 liter víz (ha 1 g/cm^3 sűrűséggel számolunk) 1000 gramm, így ehhez 4184 Joule kell.
Ha ezt egy mp alatt teszi meg, akkor 4184 watt a teljesítménye. Ha egy óra alatt, akkor 4184/3600=1,16 watt teljesítmény kell. Így nem 1 W hanem 1,16 W kell. És ez hőmérséklettől független, a környezeti hatást elhanyagoljuk mivel ideálisak a körülmények. Nem ideális körülményekkel meg nem lehet kiszámolni.
A -20°C-os és +20°C-os környezeti hőmérséklet esetén természetesen egységnyi idő alatt más-más mennyiségű hőenergia áramlik át, azaz eltérő a fűtési teljesítmény (ami még függ ezernyi más paramétertől is).
Azonban mivel megadtad a hőátadás teljesítményét, így nincs értelme a továbbiakban a környezeti hőmérsékletekről és hőátadási paraméterekről beszélni.
A felhasználható képletek:
P=Q/t
Q=m*c*(T2-T1), ahol:
P - a fűtési teljesítmény (W)
Q - az átadott hőmennyiség (J)
t - idő (s)
m - a víz tömege (Kg)
c - a víz fajhője (J/[kg*°C])
Ti - a víz hőmérséklete kezdeti- és végállapotban (°C)
Egyesítve:
P*t=m*c*(T2-T1)
Mivel a képletben minden változót megadtál (c irodalmi adat), nincs mit kiszámolni. Ezesetben számoljuk ki, hogy 1W hőteljesítmény 1h alatt hány °C-kal emeli meg a víz hőmérsékletét.
Átrendezve:
T2-T1=P*t/(m*c)=1*3600/(1*4186)=0,86 °C
Tehát igencsak alulról súrolja az 1°C változást.
Mert ikét fontos dolgot is figyelembe kell venni:
- Minek hatására történik meg a hőátadás
- Veszteségek
1.: Hő csak akkor mehet át egyik testről a másikra, ha azok hőmérsékletében különbség van, és csakis a melegebb helyről mehet a hidegebb felé. Minél nagyobb a hőmérsékletek közti különbség, annál nagyobb mértékű lesz a hőáramlás volumene is. Tehát, ha 5°C a hőmérsékletkülönbség az nem generál akkora hőáramlást a két test között, mintha 100°C lenne. Utóbbi esetben sokkal nagyobb. Ezt a hőmérsékletkülönbségre szoktunk még úgy referálni, mint "hajtóerő". Ha a két test termikus egyensúlyban van (dT=0), nem jelentkezik hőáramlás. Tehát a hőáramlás hajtóereje a hőmérsékletkülönbség.
2.: Fontos kikötni, hogy az 1W mire vonatkozik. A kérdés eredeti szövegében 1W-nyi hőteljesítmény az, ami már elér a melegítendő közeghez. Az teljesen mindegy, hogy a fűtőtestnek mekkora volt az eredeti fűtőteljesítménye, a vízhez az 1W érkezik el.
Utóbbi esetben te már a fűtőtest hőteljesítményét adtad meg, ezesetben pedig nem 1W fog megérkezni a vízhez (hacsak nem tökéletesen szigetelt rendszerről beszélünk). A fűtőtest reális esetben egyszerre ad át hőt a melegítendő közegnek (víz), valamint van veszteség is, amely a környezet irányába jelentkezik. Tehát az 1W-nyi fűtőteljesítmény egy része a vízmelegítésre fordítódik, másik része a környezetére. Itt jönnek képbe a hőmérsékletek.
Mint mondtam, nagyobb hőmérsékletkülönbség hatására nagyobb hőáram jelentkezik. Tehát a veszteségként jelentkező -20°C-os környezeti levegő melegítésére nagyonn hőáram fog fordítódni, azaz csökkenni fog a vízmelegítésre szolgáló hőteljesítmény. A veszteség +20°C-os levegőhőmérséklet esetén is jelentkezik, azonban a 40°C-os hőmérséklet-csökkenés jelentősen csökkenti a hőveszteség mértékét.
Erről beszéltem egészen eddig...
Ha azt mondjuk, hogy 1W-os a fűtőtest akkor NEM tudjuk megmondani a vizet ért hőteljesítményt. Ezt befolyásolják többek között azok a paraméterek, amelyeket te is említettél.
Akkor tudjuk csak pontosan megmondani, ha a víz által felvett fűtőteljesítményt vesszük 1W-nak.
Amit te szeretnél, az az ún. szimuláció, amely egy matematikai modellrendszer (tehát valóság-egyszerűsítés) által számol ki egy KÖZELÍTŐ eredményt. Aki a víz paramétereinek tudta nélkül megmondja neked, hogy pontosan mekkora része fog hasznos teljesítményként jelentkezni a vízmelegítés során bármely körülmények között is van az, hazudik. Csak pár fontos dolog, amely befolyással van rá:
- A melegítő- és melegítendő közeg anyagi minősége, és hőmérséklete
- A rendszer, és a hőátadó felület nagysága (geometria)
- A hőközlés módja
- A hőközlés iránya
- A rendszer felépítése, térfogata
- Edény vastagsága, geometriája, azok hővezetési tényezője
- Az égőfej tisztasága, mennyire képes tökéletes égést biztosítani
- Az áramlási sebesség
- A környezeti levegő hőmérséklete, páratartalma, a levegő kicserélődésének mértéke
- Mindezen fenti paraméterek nyomás- és hőmérsékletfüggése
- Stb.
Ezeket mind-mind bele kéne gyúrni egy egyenletbe, amelyet viszont csak kísérleti úton lehet megállapítani. Nem hiába létezik olyan sok-sok egyenlet a Nusselt-szám kiszámítására is, melyek különféle állapotokra vonatkoznak bizonyos határokon belül:
Na és amúgy, ha mikróval melegítem, hogy kell számolni, ha figyelembe akarom venni, hogy a víz fajhője
szilárd (0 °C) 2,114 folyadék (25 °C) 4,1813 gőz (100 °C) 2,080 kJ kg−1 K−1 Wiki szerint. A te leírásod érthetőbb volt mint ezek a -1-ediken, de gondolom a képletedbe *1000-el lehet átváltani. Viszont kb. az egész intervallumot akarom venni. Szóval, hideg víz, mondjuk 5°C-os felforralásához szükséges idő azonos teljesítmény mellett nem lehet lineáris. Jó attól sem, hogy minél melegebb, annál gyorsabban hűl, és több energia, vagy idő kell ugyanannyi melegítéshez, de ezen kívül, ha a képletedbe fele akkora hőkapacitást teszek fele annyi idő jön ki. És fele akkora amíg hideg, és mikor forró.
1.: És eljutunk megint az előző esethez, mert tudjuk a teljesítményt (illetőleg a mikrohullámú sütő által felvett névleges teljesítményt), de nem tudjuk ebből mennyi fog melegítésre fordítódni. Mindezt cifrázza az, hogy a sugárzással történő hőátadás kezelése jóval komplexebb téma, mint a szimpla konvekciós, vagy kondukciós.
2.: Komoly hőtanismereti hiányosságokkal rendelkezel. Ajánlom, olvass utána a következő fogalmaknak:
- Fajhő
- Olvadáshő (fagyáshő)
- Párolgáshő (forráshő, rejtett hő, látens hő)
- Fourier I. törvénye
- Teljesítmény, hasznos (effektív) teljesítmény
- Negatív hatvány
Valamint amelyekre értelmezhető, azok hőmérséklet- és nyomásfüggését.
Kapcsolódó kérdések:
Minden jog fenntartva © 2024, www.gyakorikerdesek.hu
GYIK | Szabályzat | Jogi nyilatkozat | Adatvédelem | Cookie beállítások | WebMinute Kft. | Facebook | Kapcsolat: info(kukac)gyakorikerdesek.hu
Ha kifogással szeretne élni valamely tartalommal kapcsolatban, kérjük jelezze e-mailes elérhetőségünkön!