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:

[link]

[link]

[link]

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.