Как рассчитать мощность тэна для отопления: Как подобрать ТЭН для радиатора отопления (батареи)?. Статьи компании «МДК-Киев: ТЭНы на любой вкус…»

Как подобрать ТЭН для радиатора отопления (батареи)?. Статьи компании «МДК-Киев: ТЭНы на любой вкус…»

Мы не выполняем расчет требуемого количества секций в радиаторах для обогрева помещений, равно как и не даем рекомендаций по мощности ТЭНов, устанавливаемых в такие радиаторы, так как имеем недостаточно знаний и опыта в этой отрасли.

Тем не менее, мы составили этот дайджест ссылок для того, чтобы помочь вам в поисках в сети нужной технической информации, помочь в поисках рекомендаций и отзывов тех, кто уже сталкивался с подобной задачей.

Короткие статьи процитированы здесь полностью, большие — представлены только аннотацией или перечнем разделов.

Для климатической зоны Украины и европейской части России, при стандартных условиях (одно окно, одна дверь, одна внешняя стена, обычные окна), принято брать 41 Ватт тепловой мощности на 1 м3 объема помещения. Исходя из этого, не трудно рассчитать количество секций радиаторов необходимое для обогрева помещения.
Рассмотрим на примере комнату 4 м на 5 м и стандартной высотой потолка 2,7м. Для начала найдем объем нашей комнаты 4▪5▪2,7=54 м3. Теперь умножим полученный объем на 41 Ватт 54▪41=2214 Ватт, столько нам потребуется для обогрева комнаты. Если вы уже определились с выбором радиаторов отопления, то без труда можно рассчитать их количество, зная теплоотдачу одной секции. Я возьму для примера 180 Ватт теплоотдача одной секции радиатора, тогда их количество будет равно 2214/180=12,3, полученное число округлим до 13. То есть, для обогрева нашей комнаты нам понадобится 13 секций радиаторов по 180 Ватт каждая.
Если дверь в комнату выполнена аркой и не закрывается, к ее площади следует добавить площадь соседнего помещения.
Наш расчет был произведен при условии что температура теплоносителя составляет 70 С, если у вас эта температура ниже то следует соответственно увеличивать количество секций. Так же необходимо учитывать теплопотери помещения. Стеклопакет уменьшит потери тепла на 15-20%, соответственно можно уменьшить количество секций. Если комната угловая, то теплопотери примерно на 20% будут больше. Так же можно учесть теплопотери в зависимости от степени утепления ваших стен, расположена ли комната на первом или последнем этаже.
Если Вы собираетесь заменить чугунные батареи на другой вид радиаторов, то можно провести более легкий расчет. Для чугунных радиаторов с межосевым расстоянием 600мм теплоотдача будет составлять 150Вт. Вам просто нужно взять количество установленных у вас секций радиаторов и умножить их на 150Вт, получите общее количество тепла получаемого Вашими чугунными батареями. И находим, как было описано выше, количество секций радиаторов другого вида. Можно взять поправку на то холодно у Вас было с ними или жарко, соответственно добавить или отнять несколько секций.
Если вы собираетесь закрыть радиаторы декоративной панелью, то учтите что это приветет к потере 20-30% теплоотдачи радиаторов.

(Источник: santechnik.org.ua )

• Радиаторы — основные исполнительные элементы системы отопления.
• Особенности национального отопления
• Основные типы отопительных приборов
• Конвекторы
• Подведем итоги

(Источник: www.ivd.ru )

(Источник: www.vashdom.ru )

Как подобрать ТЭН для нагрева заданного объема воды

P=0,0011▪m▪ (tк-tн) /T

где
m — масса нагреваемой воды, кг
tк – конечная температура воды, °C
tн – начальная температура воды, °C
Т – время нагрева воды, час
P — мощность ТЭНа, кВт

(Источник: www.electro-mpo.ru )

Расчет мощности для нагрева воды ТЭНом

Содержание статьи:

Критерии выбора

Наряду с объемом бака, важнейшим эксплуатационным показателем электрических нагревателей является мощность. Как правило, у распространенных аппаратов она варьируется от 1 до 2,5 кВт. Существуют и более мощные нагреватели, однако для их установки потребуется очень серьезная новая электропроводка, особый счетчик, а в некоторых случаях и замена линии до самого щитка распределения.

Совет. Специалисты советуют выбирать водонагреватели с мощностью около 2 кВт. Данный показатель позволит не перегружать электропроводку и нагревать воду достаточно быстро.

Среднее время подогрева воды в агрегате емкостью 10 л составит 30 мин., а в бойлере на 200 л – 6-8 часов. На работу прибора и его долговечность влияет также размер нагревательного элемента. Желательно выбрать более длинную трубку, чтобы увеличить теплоотдачу.

Если габариты бойлера тесно связаны с его емкостью, то форма их может быть различной

Что важно, если есть необходимость уместить его в простенке, туалете, над мойкой или внутрь шкафа. Популярны следующие нагреватели:

• цилиндрический;
• вытянутый;
• прямоугольный;
• плоский;
• горизонтальный.

Виды водонагревателей

Цена всегда является одним из важнейших критериев. Нагреватели безнапорного типа, изготовленные из менее прочного материала, стоят значительно дешевле напорных агрегатов. На цену прямо влияет внутренний слой, который тоже может иметь различное покрытие:

• эмаль;
• стеклофарфор;
• нержавеющая сталь;
• титановое покрытие.

Дорогие аппараты снабжены магниевым или титановым анодом. Это продлевает срок службы нагревателя. Толщина стенок, хорошо сохраняющих тепло, должна быть 35-50 мм

Также при выборе нужно обратить внимание на защиту прибора от влаги, инородных тел и перепадов напряжения.

Сколько тепла бойлер теряет

Если вы рассматриваете конкретную модель бойлера, загляните в его спецификацию, инструкцию или руководство. Там должны быть указаны теплопотери. Производитель может указать их в процентах за час, киловаттах за час на полный объем, процентах за сутки и киловаттах за сутки на всю емкость.

Если теплопотери указаны в процентах за час, следуйте такой формуле:

W1 = W x (P x 24 +100) / 100

Когда потери тепла указаны в процентах за сутки, то формула такая:

W1 = W x (P + 100) / 100

При теплопотерях в киловаттах за один час:

W1 = P x 24 + W

Если указаны потери тепла в киловаттах за сутки:

W1 = W + P

Во всех указанных формулах:

• W – количество электроэнергии. нужное на нагрев воды;
• P – теплопотери в киловаттах или процентах;
• W1 – количество электроэнергии в киловаттах. Которое потребляет бойлер в сутки.

Просто подставьте все известные данные и вы узнаете, сколько намотает ваш бойлер за сутки. Умножьте это число на 30, и вы получите расход электроэнергии на подогрев воды за месяц.

По такой же методике вы можете узнать, сколько электроэнергии расходует проточный водонагреватель. Но для него не нужно будет считать теплопотери, ведь у него нет большого запаса воды. Ему не нужно тратить электроэнергию на поддержание ее температуры.

Душ с проточным водонагревателем. В нем в принципе нет запаса воды, температуру которой нужно поддерживать.

Расчет времени нагрева воды тэном

Невзирая на широкий ассортимент выбора и функциональность электронагревателей воды, их самодельные аналоги даже в наше время не теряют свою актуальность. Связано это с тем, что самодельные нагреватели гораздо экономней и поэтому для нагрева в летнем душе или в рукомойнике на дачном участке используют самодельный электрический водонагреватель. Они представлены в виде емкости с встроенным нагревательным элементом.

В интернете есть огромное количество калькуляторов для того чтобы сделать расчеты. Любой такой калькулятор, исходя из количества литров воды бака, начальной температуры воды, и необходимой конечной температуры, времени нагрева, даст возможность высчитать необходимую электрическую мощность нагревательного элемента с точностью, на которую влияет особенности тэна и напряжение сети.

Если напряжение в сети ниже рабочего напряжения нагревательного элемента, то соответственно будет мене эффективной работа самого нагревательного элемента, а это означает, что время нагрева до необходимой температуры воды будет увеличено.

Результат расчета не означает, то, что необходимо использовать нагревательный элемент который подойдет к расчетам, можно одновременно соединить несколько нагревателей для получения необходимой мощности.

При расчете важно обратить внимание на то, что он производится без учета потерь тепла электрического водонагревателя в окружающую среду. .

Благодаря специальной табл

Монтаж ТЭНов в батареи отопления с терморегулятором

Содержание статьи:

Что такое электротэны

ТЭН – это аббревиатура, которая обозначает трубчатый электрический нагреватель. По сути, это полая трубка, выполненная из нержавеющей или углеродистой стали. Внутри расположена проволочная спираль, которая обладает высоким показателем сопротивления. Для монтажа предусмотрена латунная гайка, которая вкручивается в батарею отопления. ТЭН можно устанавливать в любые радиаторы начиная от старых чугунных и заканчивая современными биметаллическими.

Оптимальным вариантом считается ТЭН с терморегулятором. Это приспособление позволит контролировать температурный режим и убережёт нагревательный элемент от перегрева. В качестве теплоносителя может использоваться масло или вода. Учитывая, что нагреватель будет устанавливаться в батарею отопления, роль теплоносителя будет играть вода.

Работают электрические ТЭНы довольно просто. После подключения к домашней сети, спираль, установленная внутри трубки, начинает нагреваться, передавая энергию теплоносителю. Если нагреватель оборудован терморегулятором, можно выставить необходимый температурный режим. После того как батареи отопления нагреются до установленной температуры, электрическая цепь разомкнётся и ТЭН отключится. Когда жидкость в батареях начнёт остывать, нагревательный элемент включится в автоматическом режиме. Такая схема, позволит существенно сэкономить на электричестве и обеспечит тепло во всём доме.

Стоит отметить, что ТЭН с терморегулятором может работать в нескольких режимах:

• Турбо. В этом режиме нагревательный элемент включается на короткий промежуток времени, но использует при этом максимальную мощность. Турборежим используют для быстрого прогревания комнаты.
• Антизамерзание. Эта функция используется в основном в нежилых квартирах. ТЭН работает на минимальной мощности, предотвращая замерзание системы отопления в случае аварии.

Принцип работы ТЭНа

ТЭНы для алюминиевых радиаторов отопления с терморегулятором или для чугунных считаются наиболее эффективными приборами. Это изобретение поможет хозяевам контролировать температуру в помещении, а также будет защищать нагревательный элемент от его возможного перегрева.

В таких системах, где устанавливается это устройство, может быть использована вода или же масло в качестве теплоносителя. Однако, если учесть, что монтаж ТЭНа будет осуществляться непосредственно в батарею отопления, то обычно выбирается вода. Принцип работы этих приборов относительно прост.

После того, как спираль подключается к сети и монтируется внутрь батареи, она начинает нагреваться, отдавая свою тепловую энергию теплоносителю. Если элемент имеет регулятор, то будет и возможность выбора установленной температуры. Когда температура в системе достигнет установленного уровня, электрическая цепь будет разомкнута, что приведет к отключению ТЭНа. Естественно, что когда вода в системе начнет падать ниже заданного уровня, приспособление автоматически включится и подогреет ее. Такая работа приведет к существенной экономии на электроэнергии и сможет поддерживать весь дом в тепле.

Применение ТЭНов

Трубчатые нагреватели

Монтаж ТЭНов настолько прост, что выполнить все требуемые работы может любой домашний мастер. В комплекте с ТЭНом, как правило, поставляется все необходимое для монтажа, защиты, подключения и автоматизации. Благодаря этому достаточно ввернуть в гнездо радиатора ТЭН, оснащенный термостатом, и подключить его к электросети. Система должна быть заполнена теплоносителем. После таких несложных работ ТЭН можно использовать по его прямому назначению. При установке необходимо следить за тем, чтобы монтируемый нагреватель находился в строго горизонтальном положении.

На рынке представлены модели разной мощности. Они подходят не только для бытового, но и для промышленного использования. Основой конструкции является нержавеющая стальная труба с размещенной внутри спиралью из нихромовой проволоки. С помощью латунной гайки с правой или левой резьбой ТЭН вкручивается в трубопровод. Такие агрегаты могут использоваться с любыми радиаторами, имеющими монтажную резьбу 1 дюйм.

ТЭН для радиаторов — разборная конструкция, поэтому корпус при необходимости можно отсоединить даже во время эксплуатации. Один из важнейших вопросов, встающих при применении электроотопления — это безопасность. Среди всех электроприборов ТЭН отличается наибольшей безопасностью. Для защиты от перегрева применяется двойной контроль за счет основного и дополнительного датчиков температуры. Основной датчик находится внутри корпуса, а дополнительный — в специальной трубке.

Различия в зависимости от модели и типа радиатора

ТЭН для батареи может работать в двух режимах. При применении в качестве основного источника отопления ТЭН включается на полную мощность. Благодаря этому он быстро прогревает помещение до комфортной температуры и поддерживает ее на заданном уровне. В домах с нерегулярным проживанием можно использовать ТЭНы в качестве защиты автономной системы отопления от промерзания. В этом случае прибор будет работать с минимальной мощностью, поддерживая температуру теплоносителя в трубах на уровне, не позволяющем ему замерзать.

Мощность ТЭНа — один из основных параметров при выборе модели. Маломощные изделия не смогут справиться с поставленными перед ними задачами. Ведь с помощью маленького кипятильни

Расчет мощности электических ТЭНов

Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы. Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений — до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.

Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше. В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл.

1. 625 Вт
2. 933 Вт
3. 1,25 кВт
4. 1,6 кВт
5. 1,8 кВт
6. 2,5 кВт

Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.

Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.

Рассчитать можно по следующей формуле.

Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.

Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.

Записывается она так:

Где I — сила тока в амперах.

P — мощность в ваттах.

U — напряжение в вольтах.

При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.

1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.

I = 1250Вт / 220 = 5,681 А

Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.

R = U / I, где

R — сопротивление в Омах

U — напряжение в вольтах

I — сила тока в амперах

Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.

R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.

Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов

Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.

Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное 77,45 Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P = U² / R где,

P — мощность в ваттах

U²

R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.

Далее при необходимости можно подсчитать мощность любого количества последовательно соединенных ТЭНов, или ориентироваться на таблицу.

Таблица 1.1. Значения для последовательного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Таблица 1. 2. Значения для параллельного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Еще один немаловажный плюс, который дает последовательное соединение ТЭНов, это уменьшенный в несколько раз протекающий через них ток, и соответственно малый нагрев корпуса нагревательного элемента, тем самым не допускается пригорание браги во время перегонки и не привносит неприятного дополнительного вкуса и запаха в конечный продукт. Так же ресурс работы ТЭНов, при таком включении, будет практически вечным.

Расчеты выполнены для ТЭНов, мощностью 1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно закона

Рекомендации по подбору ТЭНов для различных сред

Нагреваемая среда — воздух

Для нагрева воздуха используется два типа ТЭНов:

• ТЭНы для «спокойного» воздуха. Маркировка таких ТЭНов по ГОСТ 13268-88 – «S» и «T». Удельная мощность на единицу поверхности соответственно 2,2 ватт/кв. см и 5,0 ватт/кв. см. Максимальная температура на поверхности – 450 и 650 градусов. Съем тепла с поверхности нагревателя происходит за счет конвекции «спокойного» воздуха, контактирующего с нагретой поверхностью.
• ТЭНы для «подвижного» воздуха, еще их называют «обдуваемые», с маркировкой «О» и «К», удельной мощностью 5,5 Вт/кв. см и 6,5 Вт/кв.
  см. Съем тепла с поверхности нагревателя осуществляется подвижной струей воздуха, создаваемой, например вентилятором и движется эта струя со скоростью не менее 6 м/с (по ГОСТ). Естественно, что «обдуваемый» ТЭН по сравнению со «спокойным», имея одинаковые характеристики (размеры, материал, напряжение и пр.), может иметь значительно большую мощность и генерировать на своей поверхности больше тепла. При этом «обдуваемый» ТЭН не перегревается, т.к. избыток тепла интенсивно отбирается движущимся воздухом.

Когда речь идет об обогреве обычных помещений, в которых температуру воздуха нужно поднять до уровня 20-25 градусов, выбор ТЭНов не представляет затруднений: из таблицы ТЭНов на сайте выбирается ТЭН нужного типоразмера, мощности и напряжения, количество ТЭНов определятся общей необходимой мощностью из расчета (в среднем) 1 кВт на 10-12 кв. м площади помещения при стандартной высоте потолка 3 м и общепринятой утепленности здания. При этом температура ТЭНа повышается незначительно, т.

Рассмотрим конкретный пример. Допустим, в камере для порошковой окраски изделий необходимо создать температуру +200 градусов. Опуская детали расчета, используем для этой цели ТЭН 140 В13/2,5 Т 220 (трубка длиной 140см, диаметром 13мм, мощностью 2,5кВт, из нержавеющей стали). Этот ТЭН имеет удельную мощность около 4,8 Вт/кв. см, а собственную температуру около 600 градусов. В рабочем режиме температура ТЭНа достигает 600+200=800 градусов, что превышает максимально допустимую температуру ТЭНа. А если учесть «разрешенные» скачки напряжения (+10%), разрешенное отклонение по мощности ТЭНа (+5%), то общая температура ТЭНа может быть еще выше. Долговечность такого ТЭНа становится под вопросом.

Возьмем ТЭН 140 В13/2,0 Т 220 (такой же, как и предыдущий, только мощностью ниже -2,0 кВт вместо 2,5 кВт). У этого ТЭНа удельная мощность равна 3,86 Вт/кв. см, собственная температура – примерно 480 градусов, суммарная температура ТЭНа около 680 градусов, что уже не так критично.

Очевидно, первый ТЭН, как более мощный, разогреет камеру быстрее, количество этих ТЭНов, исходя из необходимой общей мощности для разогрева камеры до нужной температуры, потребуется меньше. Но в конечном итоге эти «плюсы» могут перекрыться «минусами»: более мощные, но перегретые ТЭНы будут чаще выходить из строя, а это потребует более частой остановки окрасочной камеры и сборки-разборки ТЭНовых узлов.

ВЫВОД: при подборе воздушных ТЭНов необходимо увязывать такие параметры, как:

• размеры и материал трубки ТЭНа;
• мощность и собственную температуру ТЭНа;
• эксплуатационные условия — температуру воздуха, качество обдува и др.

Нагреваемая среда – вода

Обозначение этих ТЭНов по ГОСТ 13268-88:

• «Р» — материал трубки ТЭНа – чёрная сталь;
• «J» — материал трубки ТЭНа – нержавеющая сталь.

Допускаемая удельная мощность (Р уд.доп.) на поверхности ТЭНа – 15 Ватт/кв.см. Этот показатель определяет максимально допустимую мощность ТЭНа. При подборе водяных ТЭНов необходимо соблюдать следующие правила:

• Эксплуатируя ТЭН, необходимо предпринять все меры для того, чтобы предотвратить образование на его поверхности «накипи» — это отложения на трубке ТЭНа различных примесей, присутствующих в жидкости. Примеси присутствуют, например, в грязной или жёсткой воде, они обволакивают трубку ТЭНа в виде плёнки различной толщины. Чем толще такая пленка, тем хуже теплопередача от ТЭНа к жидкости, и в какой-то момент ТЭН может перегреться и выйти из строя. Особенно опасна в этом смысле вода, добываемая из артезианских скважин. Поэтому с самого начала эксплуатации ТЭНов необходимо озаботиться установкой всевозможных фильтров и умягчителей жидкости, а также производить профилактическую чистку ТЭНов и резервуаров.
• Активная часть ТЭНа должна быть полностью погружена в жидкость. Напомним, что активная длина ТЭНа равна полной его длине за минусом длины «зоны непрогрева» ТЭНа (это величина, на которую контактная шпилька с торца входит внутрь ТЭНа). Большинство водяных ТЭНов имеют зоны непрогрева А=40 мм, и В=65 мм, поэтому такие ТЭНы должны быть погружены в жидкость практически полностью. В случае применения ТЭНов с другими зонами непрогрева (С=100 мм; D=125 мм; Е=160 мм; F=250 мм; G=400 мм и т.д.) уровень жидкости должен быть выше зоны непрогрева на 20 – 30 мм.
• Иногда по технологическим причинам нагреваемую жидкость необходимо с некоторой периодичностью сливать из резервуара. В этом случае ТЭНы оголяются и из водной среды переходят в воздушную, т.е. работают в режиме смены сред «вода-воздух» (конечно, при сливе жидкости ТЭНы отключают). В таких случая не рекомендуется применять ТЭНы из черной стали, т.к при нагреве, остывании и смене сред черная сталь начинает интенсивно корродировать (ржаветь) и быстро разрушается. А, например, на нержавеющую сталь такие условия пагубного воздействия не оказывают.
• Для установки ТЭНа в резервуаре и его герметизации (уплотнительная прокладка) на торцах ТЭНа закрепляют щтуцера – втулки с резьбой и фланцем под прокладку. Закрепление штуцера на торце ТЭНа производится разными способами. Один из них – опрессовка штуцера специальными пресс-ножницами. Этот способ создаёт прочное и достаточно герметичное соединение штуцера с трубкой ТЭНа, которое позволяет использовать ТЭН при нагреве жидкости в резервуарах с внутренним давлением не более 0,25 мПа ( 2,5 атм.). Т.е в обычных системах отопления, в обычных нагревательных резервуарах ТЭНы с опрессованными штуцерами используются очень широко.

Если же давление в резервуаре превышает 2,5 атм. (например, в парогенераторах), опрессовка штуцера уже не дает достаточной герметичности, и штуцер необходимо либо припаять, либо приварить к трубке ТЭНа. Об этом нужно помнить при заказе ТЭНа, иначе штуцер будет «пропускать» жидкость по трубке ТЭНа, что в конечном итоге выведет его из строя.

В остальном же выбор ТЭНа не должен вызвать затруднений: по таблице на сайте выбирайте мощность, напряжение, длину и диаметр трубки ТЭНа, её материал и форму, необходимые штуцер и контактную часть.

Полезный инструмент для расчета сопротивления катушек

Обязательные поля

Для вышеприведенных расчетов требуются определенные данные, а именно:

Напряжение: Это сетевое напряжение в вашем районе или напряжение, которое, как вы знаете, вы собираетесь подать на свои катушки. Например, я живу в Великобритании, и здесь напряжение сети составляет 230 вольт, хотя оно может очень незначительно колебаться в зависимости от региона и поставщика. Поэтому полезно снять показания, если вам нужна точность.

Максимальный ток: Это максимальный ток, который, по вашему мнению, может выдержать ваша розетка. В Великобритании средняя розетка рассчитана на максимум 13 ампер, а это большой ток. Лично я не хотел бы доводить свое энергопотребление до предела, поэтому я немного уменьшил его и выбрал максимальное использование 10 ампер.

Сопротивление на метр: Провод, который вы используете, должен быть специальным проводом сопротивления, предназначенным для использования в производстве элементов катушки.Таким образом, он должен быть рассчитан производителем и указывать сопротивление провода, обычно в Ом на метр. Например, я купил проволоку Kanthal диаметром 1,02 мм (18 AWG) и сопротивлением 1,73 Ом на метр.

Внутренний диаметр катушки: Это просто диаметр стержня, вокруг которого вы собираетесь формировать катушки. Это важная информация, поскольку она помогает определить, какой длины должна быть катушка.

Расчеты и формулы

С приведенной выше информацией мы можем приступить к некоторым математическим вычислениям.Начнем с Power.

МОЩНОСТЬ

Физика дает нам формулу P = IV (мощность = ток x вольт). Допустим, напряжение равно 230, а ток — 10 ампер. Это даст нам потенциальную номинальную мощность (230 x 10) 2300 Вт (2,3 кВт).

Physics также дает нам еще одну полезную формулу мощности: P = I² R (мощность = ток в квадрате x сопротивление). Допустим, у нас ток по-прежнему 10 А, а сопротивление — 23 Ом.Это даст нам потенциальную номинальную мощность (10² x 23) 2300 Вт (2,3 кВт).

НАПРЯЖЕНИЕ

Если мы не знаем напряжение, мы можем обратиться к формуле закона Ома В = IR (напряжение = ток x сопротивление). Таким образом, с током 10 А и сопротивлением 23 Ом мы можем установить, в этом примере, напряжение (10 x 23) 230 Вольт.

СОПРОТИВЛЕНИЕ

Если сопротивление цепи неизвестно, мы можем снова обратиться к закону Ома и переписать формулу, чтобы получить R = V / I (ток = вольт / сопротивление).Так, например, если разделить напряжение 230 на ток 10 ампер, получим (230/10) 23 Ом.

Где также можно изменить формулу мощности для расчета сопротивления, например R = P / I² (сопротивление = мощность / ток в квадрате). Так, например, мощность 2300 Вт, разделенная на ток 10 А в квадрате, дает нам (2300/10²) 23 Ом.

ТОК

Так же, как и в случае сопротивления, мы можем использовать закон Ома и переформулировать формулу, чтобы получить ток с I = V / R (ток = вольт / сопротивление).Например, если разделить напряжение 230 на сопротивление 23 Ом, получим (230/23) 10 ампер.

Измените формулу мощности для расчета тока с I² = P / R (ток в квадрате = мощность / сопротивление). Так, например, мощность 2300 Вт, разделенная на сопротивление 23 Ом, дает нам (2300/23) 100 Ампер, а когда мы получаем квадратный корень из этого значения, получаем 10 Ампер.

ДЛИНА ПРОВОДА

Последнее, что нам нужно учитывать, это длину провода.Если вы делаете катушку, вам нужно будет рассчитать необходимое сопротивление, и исходя из этого, просто вычислите длину. L = R / r (это ужасная выдуманная формула, означающая, что длина = сопротивление / сопротивление на единицу длины). Например, мы знаем, что наше сопротивление составляет 23 Ом, и я упоминал ранее, что данное сопротивление на метр моего провода составляет 1,73 Ом (23 / 1,73), что дает нам необходимую длину провода 13,2 метра.

Как определить удельную теплоемкость материалов Накопитель тепловой энергии на примерах приложения igcse / O level / gcse Physics revision notes

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ — объяснение и ее применение

Как определить удельную теплоемкость материала

Приложения данных — накопители тепловой энергии и расчеты

Редакция Доктора Брауна по физике Банкноты

Подходит для курсов GCSE / IGCSE Physics / Science или их эквивалент

Каждый раз, когда какой-либо материал нагревается до более высокой температуры Вы увеличиваете накопитель тепловой энергии материала.Мера того, сколько энергии необходимо для повышения температура данного количества материала до определенной температуры называется теплоемкостью материала. В удельная теплоемкость вещество можно определить как количество энергии, необходимое для изменения температуры один килограмм вещества на один градус Цельсия. От удельной теплоемкости материал, количество материала и температура изменяют материал опыта, вы можете рассчитать увеличение или уменьшение этого материала накопитель тепловой энергии.

Субиндекс этой страницы

1. Объясняя и определяя удельная теплоемкость емкость материалов

2. Примеры вопросов с удельной теплоемкостью

3а. Как измерить удельная теплоемкость вещества — твердое

3б. Измерение удельная теплоемкость жидкости, такой как вода

3с. Два способа измерения теплоемкости твердого тела косвенным методом

4.Применение тепла данные о мощности — примеры систем хранения тепловой энергии — тепловая энергия трансферы

1. Объяснение и определение удельной теплоемкости емкость материалов

Это хорошая идея прочитать Сначала примеры преобразования накопителя энергии в системах.

Специфический скрытый тепло рассматривается на отдельной странице.

Каждый раз, когда вы получаете увеличение температуры системы, энергия должна передаваться от одного накопителя энергии к еще один.

Однако для такое же количество Передаваемая энергия , повышение температуры будет изменяться на .

Повышение температуры будет зависеть от количество нагретого материала и его структура .

Не путайте тепло и температуру !

Когда какой-либо объект нагревается, передаваемая тепловая энергия (« тепло ») увеличивает тепловую энергию магазин объекта.

Температура повышается, но температура только указывает, насколько горячий или холодный объект.

Когда вы нагреваете материал , тепловая энергия поглощен и его внутренняя энергия увеличена за счет увеличения его Запасы тепловой и потенциальной энергии .

На уровне частиц это связано с :

(i) Увеличение кинетической энергии накопитель , вызванный повышенной вибрацией твердых частиц или повышенной кинетической энергией свободного движения частиц жидкости и газа из одного места в другое.

Из кинетической теории частиц a значение температуры является мерой средней кинетической энергии частицы — большая часть средней внутренней энергии материала.

(ii) Увеличение потенциала энергия , вызванная увеличением кинетической энергии, противодействующей межчастичные силы притяжения — частиц в среднем немного дальше друг от друга с повышением температуры.

Внутренний накопитель энергии представляет собой сумму накопитель кинетической энергии плюс накопитель потенциальной энергии — последний может часто игнорируются в описанных здесь ситуациях, касающихся теплоемкости.

Энергия, передаваемая данному материалу работа в качестве накопителя тепловой энергии для повышения ее температуры на определенную величину может варьироваться в довольно широких пределах.

например вам нужно больше четырех в раз больше тепловой энергии для повышения заданной массы воды до заданной температуры чем для той же массы масла для отопления или алюминия (у них разные удельные теплоемкости — но об этом позже).

Применение: Солнечные панели могут содержать вода, нагретая солнечным излучением.

Вода обладает высокой теплоемкостью и может хранить много тепловой энергии.

Эту воду затем можно использовать для отапливают здания или обеспечивают горячее водоснабжение.

Вода — обычный конвейер тепловая энергия в системах центрального отопления.

Вода очень хорошая термальная накопитель энергии в грелке для холодных зимних ночей в постели.

Различные вещества хранят разное количество энергии на килограмм при каждом повышении температуры C.

Другими словами, разные материалы требуют разного количества тепловой энергии для повышения заданного количество материала при таком же повышении температуры.

Это называется удельной теплоемкостью и варьируется от материала к материалу, будь то газ, жидкость или твердое тело — все зависит от природы и расположения частицы — атомы, ионы или молекулы.

Материалы с высокой теплоемкостью будут выделять много тепловой энергии при охлаждении от более высокого до более низкого температура.

Удельная теплоемкость ( SHC или просто c ) из вещество — это количество энергии, необходимое для изменения температуры один килограмм вещества на один градус Цельсия.

Это способ количественная оценка увеличения или уменьшения запаса тепловой энергии материала.

Формула для выражения количество переданного тепла между запасами энергии задается уравнением.

изменение запаса тепловой энергии (Дж) = масса (кг) x удельная теплоемкость (Дж / кг ^o C) x изменение температуры ( ^o C)

∆E = m x c x ∆θ

∆ E = переданная энергия в Джоулях (изменение тепловой энергии)

м = масса материала в килограммах кг

c = SHC = удельная теплоемкость мощность Дж / кг ^o C,

∆ θ = ∆T = изменение температуры в градусах Цельсия ^o C

Удельная теплоемкость вода 4180 Дж / кг ^o C (Джоулей на килограмм на градус),

это означает, что требуется 4180 Дж тепловой энергии повысить температуру 1 кг воды на 1 ^o С.

Количество энергии, хранящейся в (передан) или высвобождается из системы, поскольку изменения ее температуры можно рассчитать с помощью приведенное выше уравнение.

Другие значения удельной теплоемкости (Дж / кг ^o C):

лед 2100, алюминий 902, бетон 800, стекло 670, сталь 450, латунь 380, медь 385, свинец 130

Потому что каждый материал имеет разные теплоемкость , хотя можно нагреть ту же массу вещества от одного температуры к другому, вы не можете предположить, что они хранят такое же количество тепловая тепловая энергия на килограмм.

Материалы с наибольшим нагревом емкость будет хранить наибольшее количество тепловой энергии на килограмм для того же повышение температуры — они эффективно более концентрированные накопитель тепловой энергии.

И наоборот, при разрешении материалов для охлаждения материалы с наибольшей удельной теплоемкостью будут выделять больше тепловой энергии на килограмм при таком же снижении температура.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

2.Примеры вопросов по удельной теплоемкости

1 квартал Блок меди массой 0,5 кг поглотил 1520 Дж энергии, и его температура повысилась на 8.0 ^o C.

Рассчитать удельную теплоемкость медь.

∆E = m x c x ∆T

SHC _медь = ∆E / (м x ∆T)

SHC _медь = ∆E / (м x ∆T) = 1520 / (0,5 х 8,0) = 380 Дж / кг ^o C

2 квартал Блочная бронза имеет удельную теплоемкость 400 Дж / кг ^o C.

Если блок бронзы массой 1500 г впитает 3000 Дж энергии, каким будет повышение его температуры?

∆E = m x c x ∆T, 1500 г = 1.500 кг

так переставляем: ∆T = ∆E / (м x SHC _бронза ) = 3000 / (1,5 x 400) = 5.0 ^o С

3 квартал Вычислите тепловую энергию в кДж, необходимую для нагрева 2 кг воды (SHC = 4180 Дж / кг ^o C) от 20 ^o C до 100 ^o C.

∆E = m x c x ∆T = 2 x 4180 x (100-20) = 6,68 x 10 ⁵ Дж

Требуемая тепловая энергия = 668 кДж

Q4 Резервуар для воды вмещает 500 кг горячая вода при 80 ^o C. (SHC вода = 4180 Дж / кг ^o C)

Сколько МДж тепловой энергии может быть переводится в систему отопления, если температура воды упадет до 25 ^o C?

∆E = m x c x ∆T = 500 x 4180 х (80-25) = 1.15 х 10 ⁸ Дж

Передаваемая тепловая энергия = 1,15 x 10 ⁸ / 10 ⁶ = 115 МДж (1,15 х 10 ² МДж, 3 н.ф.)

Q5 Решить более сложную проблему — так «дважды» подумайте хорошенько!

Допустим, 2 кг стали при температуре 80 ^o C помещают в 10 кг (~ 10 литров) воды при температуре 15 ^o C.

Рассчитайте конечную температуру материалы.

Сталь

SHC = 450 Дж / кг ^o C, SHC вода = 4180 Дж / кг ^o C

Потеря энергии стали в Дж. store = прирост запаса тепловой энергии воды в Дж.

При «тепловом равновесии» они будут оба при одинаковой температуре, назовем это T .

Падение температуры стали (80 — T ), превышение температуры воды составляет ( T -15)

Потери от стали тепловой энергии store = ∆E = m x c x ∆T = 2 x 450 x (80 — T) = 900 x (80 — T) J

Прирост тепловой энергии воды store = ∆E = m x c x ∆T = 10 x 4180 x (T — 15) = 41800 x (Т — 15) Дж

Итак, изменение стального накопителя тепловой энергии = изменение в водном накопителе тепловой энергии

900 x (80 — T) = 41800 x (T — 15)

72000–900 зуб. = 41800–627000

(меняя стороны, меняя знаки, мы получить)

72000 + 627000 = 900 т + 41800 т

699000 = 42700 т

Т = 699000/42700 = 16.4 ^o С (3 SF)

Q6 Ночной нагреватель вмещает 75 кг бетон (SHC = 800 Дж / кг ^o C)

Ночью, когда электричество дешевле и охладителя дома, сколько кДж тепловой энергии необходимо для повышения температура бетона от 8 ^o C до 35 ^o C.

∆E = m x c x ∆T = 75 x 800 х (35-8) = 1.62 х 10 ⁶ Дж

1,62 x 10 ⁶ /1000 = 1620 Дж

Q7 Этот вопрос основан на физическом эксперименте, который я проводил в школе примерно в 1961.

Это хороший небольшой эксперимент.

Точно взвесьте 100,0 г (~ 100 мл) воду в химический стакан комнатной температуры.

А 50.Грузик из латуни 0 г удерживался тонким проволокой или щипцами в центре ревущего пламени Бунзена.

Через несколько минут латунная гиря погрузили в химический стакан на 100 г холодной воды, начальная температура которой была 19,5 ^o C.

После осторожного перемешивания термометром температура воды поднялась до 55,5 ^o С.

SHC латуни = 380 Дж / кг ^o C, SHC вода = 4180 Дж / кг ^o C

(a) Если температура пламени равна T, рассчитать две передачи накопителя тепловой энергии.

Передача тепловой энергии из латуни вес = ∆E = m x c x ∆T = (50/1000) x 380 x (T — 19,5) = 19,0 (T — 19,5) J

Передача тепловой энергии из латуни вес = ∆E = m x c x ∆T = (100/1000) x 4180 x (55,5 — 19,5) = 15048 Дж

(b) Рассчитайте температуру пламени T

Передача тепловой энергии из латуни вес (Дж) = передача тепловой энергии воде (Дж)

19.0 (Т — 19,5) = 15048

19,0 т — 370,5 = 15048

19,0 т = 15418,5

Т = 15418,5 / 19,0 = 812 ^o С (3 SF)

(b) Предложите некоторые источники ошибок в эксперимент

(i) вес немного теряет тепло энергии в воздух при передаче — возможно, совсем немного, так как экспериментальный ответ, который вы получаете, часто намного ниже реального ответа на пламя температура пламени Бунзена ~ 1000-1200 ^o С.

(ii) стеклянный стакан впитывает некоторое количество тепла, поэтому его теплоемкость не учитывалась

(iii) нижняя часть проволоки будет передать немного тепла — но если вы используете латунную проволоку, вы можете взвесить это тоже и убедитесь, что все погружено в воду!

Q8 Автомобиль массой 1000 кг, движущийся со скоростью 20,0 м / с, резко остановился. торможение.

Предположим, что вся кинетическая энергия равна преобразуется в тепловую энергию четырьмя стальными тормозными барабанами.

Если общая масса стальных барабанов тормоза — 25,0 кг, при условии отсутствия тепловых потерь, рассчитать максимальный подъем по температуре тормозных барабанов.

(a) Сначала рассчитайте кинетическую энергию (KE) автомобиля.

KE = mv ²

KE = x 1000 x 20 ² = 2,0 х 10 ⁵ Дж

(b) Рассчитайте превышение температуры тормозная система (SHC стали = 450 Дж / кг ^o C)

∆E = m x c x ∆T

∆T = ∆E / (м x c) = 2.0 х 10 ⁵ / (25 х 450) = 17,8 ^o С (3сф)

Следующие два вопроса посложнее и предполагают использование формул электричества: Расчет электроэнергии, P = IV

Удельная теплоемкость воды 4180 Дж / кг ^o C . Будьте осторожны со всеми блоками .

Q9 Небольшой электрический чайник подключен к сети переменного тока 240 В и использует ток 8.0 А.

Содержит 1,5 кг воды (~ 1,5 л, 1500 мл, 1500 см ³ ) при 20 ^o C.

(a) Рассчитайте мощность чайника и скорость передачи энергии.

P (Вт) = I (a) x V (p.d. в вольтах) = 8 х 240 = 1920 Вт = 1920 г. Дж / с

(б) Если чайник включен на 2.0 минут, сколько энергии передается в накопитель тепловой энергии вода?

P = 1920 Дж / с, передаваемая энергия = мощность x время = 1920 x 2 x 60 = 230400 Дж = 2.3 х 10 ⁵ J

(c) Какой температуры будет горячая вода? тоже встать?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

∆E (Дж) = m (кг) x c (Дж / kgoC) x ∆T ( ^o C)

Перестановка: ∆T = ∆E / (м x SHC _h3O )

∆T = 230400 / (1,5 x 4180) = 36.7 ^o С

Следовательно, температура через 2 минуты отопления 20 + 36,7 = 56,7 ^o С

(d) Сколько энергии нужно для выращивания температура воды от 20 ^o C до 100 ^o C?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

∆E = 1,5 x 4180 x (100-20) = 5.016 x 10 ⁵ Дж = 5,01 x 10 ⁵ J (3 SF)

(e) Запуск с холодной водой при 20 ^o C, сколько времени нужно, чтобы вскипятить чайник в минутах и ​​секундах?

Какие предположения вы сделали для это расчет?

Мощность чайника 1920 Вт, то есть 1920 Дж / с, а необходимая энергия = 5,016 x 10 ⁵ Дж

P = E / t, поэтому t = E / P = 5.016 х 10 ⁵ / 1920 = 261,25 с.

Время закипания = 4 минуты 21 секунда (с точностью до секунды).

Этот расчет предполагает, что все электрическая энергия, преобразованная в тепловую, фактически увеличила запас тепловой энергии воды.

Однако вы всегда получите небольшой количество потерянной тепловой энергии, передаваемой в накопитель тепловой энергии корпуса котла за счет теплопроводности, конвекции и излучения передача в накопитель тепловой энергии окружающего воздуха.

Q10

Цилиндр с горячей водой (погружной нагреватель) имеет емкость «120 литров воды» (120 кг воды).

Бак оборудован подогревателем мощностью 3 кВт. элемент отработки сетевого электричества 240 В.

(a) Сколько энергии необходимо для обогрева свежая холодная вода при температуре от 12 ^o C до температуры 70 ^o C?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

Требуемая энергия = 120 x 4180 x (70 — 12) = 29 092 800 Дж = 2.91 х 10 ⁷ J (3 SF)

(b) Сколько времени потребуется, чтобы нагреть вода вверх? (с точностью до минуты)

P (Дж / с) = E (Дж) / т (с), 3000 = 29 092 800 / т

время = E / P = 29 092 800/3000 = 9697,6 секунды

9697,6 / 60 = 161,6. время требуется = 162 минуты (SF)

(c) Какой ток течет через нагревательный элемент?

P = I x V, I = P / V = ​​3000 / 240 = 12.5 А

(г) Какое сопротивление нагрева элемент?

В = ИК, R = В / I = 240 / 12,5 = 19,2 Ом

(e) Если погружение было оснащено 6 кВт нагревательного элемента, как это повлияет на время нагрева воды до определенная температура?

Это вдвое больше мощности 3 кВт. нагревательный элемент.

P = E / t, t = E / P, для такое же количество воды и такое же повышение температуры, занимает половину времени по сравнению с нагревателем мощностью 3 кВт,

Q11

?

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

3 а. Как измерить удельную теплоемкость твердого вещества

В экспериментальная установка и установка для блока из твердого материала

Вы нужен блок материала известной массы, например 0.От 5 до 1,5 кг.

Значит, вам нужен баланс масс.

Блок должен быть окружен хорошим слоем изоляции, чтобы минимизировать потери тепла в окружающую среду. Полистирол был бы хорошим изолятором, потому что он преимущественно карманы газа CO ₂ низкой плотности с низкой теплоемкостью (низкий запас тепловой энергии), но следите за тем, чтобы не перегреться и не размягчить полистирол! Могут подойти слои хлопка или газеты.

В блоке необходимо просверлить два отверстия — один для термометра и другой для нагревательного элемента.

Сделать дополнительную диаграмму с джоульметр?

Его массу необходимо точно измерить.

Нагревательный элемент включен последовательно с амперметром (для измерения силы тока I в амперах) и постоянным током. источник питания например 5-15 вольт. Вольтметр необходимо подключить параллельно к нагревателю. элементные соединения.

Вам также понадобится секундомер или секундомер.

В эксперименте электрическая энергия равна передается и преобразуется в тепловую энергию, которая поглощается блоком, увеличивая его температуру и увеличивая накопитель тепловой энергии .

электрический ток в цепи действительно воздействует на нагреватель и, таким образом, передает электрическая энергия от источника питания к нагревателям накопитель тепловой энергии который, в свою очередь, передается в накопитель энергии металлического блока и, следовательно, его повышается температура.

Процедура и измерения

Метод (i) одна серия измерений с использованием блока алюминия весом 0,50 кг

Включить ТЭН, выставив напряжение на например, 12 В (но для расчетов используйте точные показания цифрового вольтметра).

Когда кажется, что блок нагревается непрерывно включите часы / секундомер и запишите температуру.

Запишите p.d. напряжение и ток в усилители с точным цифровым амперметром, оба показания которых должны быть постоянными на протяжении всего эксперимента.

После, например, 15 минут, запись финала температуры и проверьте показания напряжения и тока, а также поворот власти.

Когда блок остынет, можно повторить эксперимент.

Метод (ii) многократные измерения с использованием блока меди весом 1,1 кг

Другой подход — измерение температуры считывание каждую минуту в течение, например, 15 минут, когда кажется, что медный блок постоянно нагревается вверх. Показания напряжения и тока должны быть постоянными.

Это дает больше данных и более надежно результатов, чем метод (i), и устраняет несоответствия в температуре чтения.

Процедура аналогична методу (i), НО снятие дополнительных показаний температуры между начальным и конечным термометром показания за более длительный период времени.

Я предположил те же ток и напряжение, Однако предстоит еще много работы по расчетам!

Как рассчитать удельная теплоемкость твердого

Расчеты предполагают , что все электрическая энергия в конечном итоге увеличивает запас тепловой энергии металла блок.

На самом деле вы не можете избежать небольшой потери тепло через утеплитель.

Данные результатов и расчет для метода (i)

Масса, например, алюминиевого блока 500 г = 0,50 кг

Начальная температура 29,5 ^o C, конечная температура 38,5 ^o C, повышение температуры ∆T = 9,0 ^o C

Текущий 0.39А , п.д. 11,5В , время 15 минут = 15 x 60 = 900 с

Мощность P = ток x p.d. = I x V = 0,39 x 11,5 = 4,485 Вт = 4,485 Дж / с

, следовательно, общая электрическая энергия = тепло переданная энергия = P x время = 4,485 x 900 = 4036,5 Дж

(Примечание: вы можете провести эксперимент с Джоульметр , изначально установлен на нуле, поэтому в приведенных выше расчетах нет необходимости!)

переданной энергии = ∆ E (Дж) = m x c x ∆θ = масса Al (кг) x SHC _Al (Дж / кг ^o C) x ∆T

4036.5 = 0,5 x SHC _Al x 9,0 = SHC _Al х 4,5

поэтому при перестановке SHC _Al = 4036,5 / 4,5 = 897

Итак, удельная теплоемкость алюминия = 897 Дж / кг ^o C

Примечание , что этот метод основан только на два показания температуры.

В экспериментах SHC вы можете включить в схема источника питания джоульметр для измерения передаваемой энергии, которая делает расчет намного проще.Используя джоульметр, вам не понадобится вольтметр или амперметр.

Переданная энергия = масса воды x удельная теплоемкость воды x повышение температуры

переданной энергии = ∆ E (Дж) = m x c x ∆θ = масса алюминия (кг) x SHC _Al (Дж / кг ^o C) x ∆T

перестановка дает: SHC _Al = ∆E / (масса Al x ∆T)

Дайте температуре подняться хорошо 10 градусов и повторите эксперимент как минимум дважды, чтобы получить среднее значение — для самый точный результат.

Данные и расчет для метода (ii) много работы!

По показаниям напряжения (В) и тока (I) вы рассчитываете общую переданную энергию за все 15 минут считывания.

полная переданная энергия = P x t = I x V x t = ток (A) x p.d. (V) x время в секундах

Итак, у вас есть 15 полных переданных энергии. числа, непрерывно возрастающие от 1 до 15 минут

Примем ток, напряжение как метод (i)

Я предполагаю, что термометр можно прочитать ближайший 0.5 ^o C как в обычной школе 0-100 ^o C термометр (более точный термометр, ртутный или цифровой показания до 0,1 ^o C) самое желанное!)

Следовательно, P = IV = 0,39 A x 11,5 В = 4,485 Дж / с, энергия передается в секунду.

Итак, через 1 минуту передачи энергии = 4,485 x 1 х 60 = ~ 269 Дж,

это окончательно увеличивается до 4,485 x 15 x 60 = ~ 4037 Дж

Вы затем постройте график зависимости температуры от энергии, передаваемой, например, из 29.5 ^o С до 38,5 ^o C. Предполагая, что показания температуры в лучшем случае ближайшая 0,5 ^o C, это делает «расчетные» данные более реалистичными И обоснование метода множественного чтения (ii).

Примечание к графику: блок не может нагреваться сначала стабильно, и вначале вы можете получить кривую вверх, но в конечном итоге график должен стать линейным, и именно здесь вы измеряете градиент.

Расчет

Масса меди = 1.10 кг, пусть c = SHC _Cu

Уравнение удельной теплоемкости: ∆ E = m x c x ∆θ

Переданная энергия = масса Cu x SHC _Cu x изменение температуры

Перестановка ∆E = m x c x ∆θ дает …

∆θ = ∆ E / (м x c) и ∆θ / ∆E = 1 / (м x c)

Это означает, что градиент графика = 1 / (м х в)

так, c = SHC _Cu = 1 / (м x градиент)

Из графика градиент = (38 — 30) / (3800 — 500) = 8/3300 = 0.002424

следовательно, удельная теплоемкость меди = SHC _Cu = 1 / (1,10 x 0,002424) = 1 / 0,002666 = 376 Дж / кг ^o C

Источники ошибки

Несмотря на хорошую изоляцию, система всегда будет терять небольшое количество запаса тепловой энергии, поскольку нагревается. Система должна быть хорошо изолирована, например, вата или пленка с пузырчатой ​​пленкой.

Всегда нужно повторять эксперименты, чтобы более уверены в своих данных, но вы всегда должны знать об источниках ошибок и как их минимизировать.

Тепловая энергия должна проходить через блокировать и быть равномерно распределенными, я сомневаюсь, что это так, поэтому измеренные показания температуры могут отличаться от средней температуры всего блок.

Чем лучше теплопроводность твердого тела, Чем быстрее распространяется тепло, тем лучше результаты, поэтому подойдет алюминиевый или медный блок.

Результаты были бы не так хороши с более бедный дирижер вроде бетон?

Потери тепла трудно устранить, поэтому повышение температуры может быть немного меньше ожидаемого для идеальной изоляции, но вы всегда должны использовать изоляцию вокруг ВСЕХ поверхности блок для этого эксперимента с удельной теплоемкостью.

Расширение эксперимента

Можно повторить для любого подходящего материала в сплошная блочная форма.

Вы также можете положить другие материалы в контейнер из полистирола. например песок, земля и т. д.

Можно поменять блок и изоляцию на изолирующий полистирольный стакан, наполненный жидкостью известной массы.

Потребуется крышка с двумя отверстиями для нагревательного элемента и точного термометра.

Процедуры и расчеты будут такими же, как определить удельную теплоемкость жидкости.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

3b. Измерение удельная теплоемкость жидкости, такой как вода

Вы можете использовать аналогичную настройку описанный выше для измерения SHC твердого блока.

Вместо блока можно использовать стакан из полистирола (хорошая изоляция) с крышкой.

Отмерьте массу жидкости в чашка из полистирола = масса чашки + жидкость — масса пустой чашки (измеряется на баланс массы).

Для удобства можно использовать воду.

Поместите чашку в изотермический ящик или стакан.

Двойная теплоизоляция необходим для минимизации потерь тепловой энергии в окружающую среду.

Сделать дополнительную диаграмму с джоульметр?

Порядок действий идентичен описан для твердого тела.

В экспериментах SHC вы можете включить в схема источника питания джоульметр для измерения передаваемой энергии, которая делает расчет намного проще.

При использовании джоульметра вам не нужно вольтметр и амперметр, плюс дополнительный расчет.

Переданная энергия = масса воды x удельная теплоемкость воды x повышение температуры

переданной энергии = ∆ E (Дж) = m x c x ∆θ = масса воды (кг) x SHC _h3O (Дж / кг ^o C) x ∆T

перестановка дает: SHC _h3O = ∆E / (масса воды x ∆T)

Дайте температуре подняться хорошо 10 градусов и повторите эксперимент как минимум дважды, чтобы получить среднее значение — для самый точный результат.

Если у вас нет джоулеметра, то, как в схему снимите с вольтметра и амперметра.

Использование уравнения: полная переданная энергия (J) = P x t = I x V x t = ток (A) x p.d. (V) x время в секундах

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

3c. Измерение теплоемкости твердого тела косвенным методом (A)

(Процедуры (iv) (A) и (iv) (B) относятся к расчету Q5 в приведенном выше наборе вопросов по удельной теплоемкости)

Этот метод основан на передаче между накопителем тепловой энергии латунного груза и накопителем тепловой энергии воды.

Иллюстрация процедуры A

Метод (процедура A)

Латунная гиря точно взвешивается и помещен в стакан с ледяной водой (водопроводная вода плюс куски льда)

Это осталось на некоторое время и время от времени помешивая, пока латунная гиря не достигнет температуры вода.

В стакан наливают 250 г воды. и нагревают примерно до 80 ^o C (кипятить не нужно, увеличивается опасность).

После легкого перемешивания температура теплая вода берется (T2) непосредственно перед переносом.

Температура (T1) ледяной воды также взят непосредственно перед переносом латунной гири из ледяной воды в теплой водой с помощью щипцов или тонкой проволоки и петли.

После переноса холодной латунной гири в теплую воду, дайте время для теплопередачи в латунь вес до завершения и после легкого перемешивания считайте конечную температуру (T3)

Результаты и расчет (A)

Типичные результаты:

Масса латунная гиря 200 г (0.200 кг), масса воды 250 г (0,250 кг), SHC воды = 4180 Дж / кг ^o C

Начальная температура ледяной воды T1 = 0,5 ^o C

Начальная температура теплой воды (T2) = 79,5 ^o C

Конечная температура воды / латуни в 2-й стакан (T3) = 74,0 ^o C (более холодный, поскольку вес латуни поглощает тепло)

∆ E = Передача тепловой энергии на латунную гирю = Передача тепловой энергии от вода (все в J)

∆ E = м х с х ∆Т = 0.200 x SHC _латунь x (T3 — T1) = 0,250 x 4180 x (Т2 — Т3) = 5747,5

∆ E = 0,200 x SHC _латунь x (74,0 — 0,5) = 0,250 x 4180 x (79,5 — 74,0) = 5747,5

0,20 x SHC _латунь x 73,5 = 5747,5

14,7 x SHC _латунь = 5747,5

SHC _латунь = 5747,5 / 14,7 = 391 Дж / кг ^o C (3 SF)

Улучшения и источники ошибок (A)

(i) Не могу быть уверенным, что латунная гиря полностью остыла до ~ 0 ^o C (T1).

(ii) Горячая вода в стакане все время теряя тепло, давая больший охлаждающий эффект, чем просто от латунный груз — возможно, лучше использовать более низкую температуру запуска в второй стакан, например 40-50 ^o C.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

3c. продолжение: Альтернативная процедура, но аналогичная методология (B)

Иллюстрация процедуры B

Метод (процедура B)

Вы можете провести эксперимент, аналогичный (A), опускаем латунную гирю в горячую воду, чтобы некоторые нагревали до ~ 80-90 ^o C.

Вы можете нагреть воду прямо в стакане, чтобы ~ 80-90 ^o С.

Подождите, пока латунный груз нагреется. вверх.

После осторожного легкого перемешивания измерьте начальная температура латунной гири (T1, ~ 90 ^o C) в горячем вода.

Измерьте начальную температуру холодная вода во 2-м стакане (T2, ~ 20 ^o C)

Поднимите латунный груз клещами или тонкая проволока и петля и переложите его в стакан с водой комнатной температуры.

Выделить время для накопления тепловой энергии переводы должны иметь место.

После осторожного легкого перемешивания измерьте конечная температура латунной массы / воды (Т3) в «подогретой» воде.

Затем вы можете выполнить аналогичный расчет, как выше например

Результаты и расчет (B)

Типичные результаты:

Масса латунная гиря 200 г (0,200 кг), масса воды 250 г (0.250 кг), SHC вода = 4180 Дж / кг ^o C

Начальная температура нагретой воды / латуни вес (T1) = 85,0 ^o C

Начальная температура холодной воды (T2) = 20,5 ^o C

Конечная температура воды / латуни во 2-м стакан (T3) = 24,9 ^o C

∆ E = Передача тепловой энергии от горячего латунного груза = Передача тепловой энергии в вода (все в J)

∆ E = м х с х ∆Т = 0.200 x SHC _латунь x (T1 — T3) = 0,250 x 4180 x (T3 — Т2) =?

∆ E = 0,200 x SHC _латунь x (85,0 — 24,9) = 0,250 x 4180 x (24,9 — 20,5) = 4598

0,20 x SHC _латунь x 60,1 = 4598

12,02 x SHC _латунь = 4598

SHC _латунь = 4598 / 12,02 = 383 Дж / кг ^o C (3 SF)

Усовершенствования и источники ошибок (B)

(i) Не могу быть уверенным, что латунная масса полностью прогрелась до ~ 80-90 ^o C (T1)

(ii) Не уверен, что термический передача энергии от горячей латунной гири к воде завершена — если ее оставить слишком долго 2-й стакан с водой начнет охлаждаться изменение температуры, чем следует измерять.

(iii) Стакан впитывает часть дополнительная тепловая энергия передается в накопитель тепловой энергии воды.

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

4 . Применение данных по теплоемкости — примеры систем хранения тепловой энергии

Чем больше теплоемкость Материал, тем больше тепловой энергии он может удерживать для данной массы материала.

Это означает, что высокая температура материалы емкости могут накапливать много энергии при нагревании и затем выделять много, если остыть. Другими словами, материалы с высокой удельной теплоемкостью емкости хороши для хранения тепловой энергии — хороший материал для теплового накопитель энергии.

Материалы, используемые в нагреватели / системы отопления, как правило, имеют высокую удельную теплоемкость, например, вода (SHC H ₂ O = 4180 Дж / кг ^o C, очень высокая) используется в системах центрального отопления. и легко прокачивается вокруг дома для распределения тепла там, где это необходимо, отличный «мобильный» накопитель тепловой энергии.

Вода также используется в качестве охлаждающей жидкости в автомобильные двигатели, потому что они могут поглощать много тепловой энергии для данного повышение температуры. Аккумулятор тепловой энергии блока цилиндров составляет снижается и увеличивается запас тепловой энергии воды. Термический энергия воды передается в окружающий воздух, чтобы увеличить запас тепловой энергии за счет решетки радиатора.

Старая добрая горячая вода Бутылка — приятный удобный накопитель тепловой энергии для обогрева кровати.

Бетон (SHC 750-960 Дж / кг ^o C, довольно высокая) применяется в обогревателях ночного хранения (с использованием дешевых ночных электричество).

Чем больше масса бетона, тем больше его повышение температуры (безопасно!), тем больше его способность хранить тепловая энергия, которая будет передана в дом в дневное время ..

маслонаполненный нагреватели используются для небольшого накопления тепла (масло SHC = 900 Дж / кг ^o C, не как вода), но будет конвектировать в масляном радиаторе и постепенно высвобождать высокая температура.

Археологическая справка !

Доисторический человек изучил тысячи лет назад этот горячий камень сохранял много тепловой энергии .

Теплоемкость натурального камня составляет обычно около 840 Дж / кг ^o C.

Крупные камни были нагреты в огне и упал в кастрюли из камня, как показано ниже.

Тепло от накопителя тепловой энергии г. камень увеличивает запас тепловой энергии более холодной воды, поэтому кипение воду и готовящуюся пищу, например мясо, помещают в наполненную водой поилку.

Это может показаться грубым, но медные кастрюли были предметом роскоши для многих доисторических людей!

Эта каменная корыто находится рядом с Круг из камня бронзового века (показан ниже) в Дромбеге, Корк, Ирландия.

Несколько из них были построены на этом участок и питается и связан отводным ручьем.

Их можно найти по всей Ирландии и в Великобритании и, предположительно, в континентальной Европе.

Индейцы коренных американцев также использовали та же техника, бросая горячие камни в деревянную миску с едой и водой.

• Проверьте свой практическая работа, которую вы выполняли, или демонстрации учителей, которые вы наблюдали в Блоке P1.1, все это является частью хорошей проверки для вашего Модуль экзаменационный контекст задает вопросы и помогает понять, «как работает наука».

  • Прохождение белого света через призма и обнаружение инфракрасного излучения с помощью термометра.

  • Демонстрация использования мячей в лоток, чтобы показать поведение частиц в веществах в разных состояниях то есть газ, жидкость и твердое тело.

  • Измерение охлаждающего эффекта образуется путем испарения путем наложения влажной ваты на колбу термометр или датчик температуры.

  • Спланировать и провести исследование факторов, влияющих на скорость охлаждения банки с вода, например форма, объем и цвет банки с использованием куба Лесли для продемонстрировать влияние на излучение изменения характера поверхности.

  • Исследование теплопроводности с использованием стержней из разных материалов.

    ---

    НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

Версия IGCSE отмечает удельную теплоемкость KS4 физика теплоемкость GCSE руководство по физике примечания по удельной теплоемкости для школ, колледжей, академий, учебных курсов, репетиторов изображений рисунки диаграммы для уточнения науки удельной теплоемкости удельная теплоемкость для пересмотра модулей физики примечания по темам физики, чтобы помочь в понимании университетские курсы по удельной теплоемкости по техническим наукам карьера в области физики вакансии в отрасли технический лаборант стажировки технические стажировки по инженерной физике США 8 класс 9 класс 10 AQA физика GCSE примечания по удельной теплоемкости Научные заметки по физике Edexcel удельная теплоемкость для OCR 21 века физика наука OCR GCSE Gateway физика наука отмечает WJEC gcse science CCEA / CEA научный эксперимент gcse к определить удельную теплоемкость

НАЧАЛО СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы