§ 21

Eksperyment z czajnikiem elektrycznym: sprawność i pojemność cieplna właściwa

Jak duża jest sprawność użyteczna czajnika elektrycznego w moim doświadczeniu?

Odpowiedź: Det klassiske forsøg i fysik: du varmer en kendt mængde vand i en elkedel og måler temperaturen før og efter, effekten (med en energimåler eller typeskiltet) og tiden. Beregneren finder den varme vandet har fået (Q = m·c·ΔT), den elenergi kedlen har brugt (E = P·t) og nyttevirkningen. Den viser også den specifikke varmekapacitet, du ville få ud af målingen, hvis al energien gik til vandet. Det er sådan, du vurderer varmetabet i rapporten.

Wzór

Q = m · c · ΔT, hvor ΔT = sluttemperatur − starttemperatur

E_tilført = P · t

Nyttevirkning η = Q ÷ E_tilført × 100 %

Målt varmekapacitet (hvis η antages at være 100 %): c = P · t ÷ (m · ΔT). Den er altid større end tabelværdien, fordi kedlen og luften også bliver varme.

Symbole i jednostki we wzorze
Symbol	Znaczenie	Jednostka
masse	Masa wody	kg
c	Specifik varmekapacitet (vand = 4.186)	J/(kg·K)
t_start	Temperatura początkowa	°C
t_slut	Temperatura końcowa	°C
effekt	Moc kotła (mierzona licznikiem energii)	W
tid	Czas nagrzewania	s
=	Sprawność użyteczna	%
=	Ciepło uwalniane w wodzie, Q	J
=	Tilført elenergi, E = P·t	J
=	Pojemność cieplna mierzona bez strat	J/(kg·K)
=	Energia tracona	J

Ważność i źródło

Źródło: Plan nauczania Fizyka B (htx): przemiana energii, pojemność cieplna i sprawność; c dla wody z bazy danych

Nie dotyczy, gdy

Mål effekten med en energimåler mellem stik og kedel, hvis I har en: typeskiltet giver kun den nominelle effekt. Stop opvarmningen før kogning, ellers går energi til fordampning, som Q = m·c·ΔT ikke tæller med. Rør rundt før du aflæser sluttemperaturen.

Przykład obliczeniowy

Wstawiono domyślne wartości kalkulatora. Liczby obliczono dokładnie tym wzorem, którego używa narzędzie.

Wstawiono

Masa wody1 kg
Specifik varmekapacitet (vand = 4.186)4186 J/(kg·K)
Temperatura początkowa18 °C
Temperatura końcowa80 °C
Moc kotła (mierzona licznikiem energii)2000 W
Czas nagrzewania150 s

Dawca

Sprawność użyteczna86,5 %
Ciepło uwalniane w wodzie, Q259 532 J
Tilført elenergi, E = P·t300 000 J
Pojemność cieplna mierzona bez strat4839 J/(kg·K)
Energia tracona40 468 J

Tylko dla członków

Sam kalkulator jest zablokowane

Utwórz bezpłatne konto, aby odblokować wszystkie artykuły, kalkulatory, szablony i asortyment — i uzyskać dostęp do quizów i klas. Zajmuje to poniżej minuty: imię, email i hasło. Żadna karta kredytowa.

Utwórz darmowe konto →Zaloguj się

Chcesz najpierw czegoś spróbować? Zobacz, czego możesz używać bez konta — strefa junior, leksykon, filmy i więcej.

Sådan bruger du den

Forsøget hvor du varmer vand med en elkedel eller en dyppekoger og måler, hvor meget af elenergien der ender i vandet. Det bruges til nyttevirkning i fysik og til at bestemme vands specifikke varmekapacitet.

Krok za krokiem

Vej vandet (eller mål volumenet: 1 mL ≈ 1 g).
Mål starttemperaturen, tænd for kedlen og start uret samtidig.
Sluk før kogning, rør rundt og aflæs sluttemperaturen.
Aflæs effekten på energimåleren (eller typeskiltet).
Aflæs nyttevirkningen og den målte varmekapacitet, og sammenlign med databogens 4.186 J/(kg·K).

Typowe błędy

At lade vandet koge. Så går energi til fordampning, og ΔT stiger ikke mere.
At aflæse temperaturen uden at røre rundt. Vandet er varmest øverst.
At bruge typeskiltets effekt, når en energimåler er til rådighed. Netspændingen er sjældent præcis 230 V.

Przykłady z codzienności

Elkedel med 1 liter

1,00 kg vand varmes fra 18 °C til 80 °C på 150 s. Energimåleren viser 2.000 W.

Masa wody: 1 kg
Specifik varmekapacitet (vand = 4.186): 4186 J/(kg·K)
Temperatura początkowa: 18 °C
Temperatura końcowa: 80 °C
Moc kotła (mierzona licznikiem energii): 2000 W
Czas nagrzewania: 150 s

To znaczy: Nyttevirkningen er 86,5 %. Vandet fik 259 532 J af de 300 000 J. Uden tab ville målingen give c = 4839 J/(kg·K).

Mindre kedel, halv liter

0,50 kg vand fra 20 °C til 70 °C på 130 s med en 1.000 W rejsekedel.

Masa wody: 0,5 kg
Specifik varmekapacitet (vand = 4.186): 4186 J/(kg·K)
Temperatura początkowa: 20 °C
Temperatura końcowa: 70 °C
Moc kotła (mierzona licznikiem energii): 1000 W
Czas nagrzewania: 130 s

To znaczy: Nyttevirkningen bliver 80,5 %, og tabet er 25 350 J. Med lidt vand i en stor kedel går en større del til selve kedlen.

Dyppekoger i et bægerglas

0,25 kg vand i et åbent bægerglas fra 15 °C til 45 °C på 95 s med en 500 W dyppekoger.

Masa wody: 0,25 kg
Specifik varmekapacitet (vand = 4.186): 4186 J/(kg·K)
Temperatura początkowa: 15 °C
Temperatura końcowa: 45 °C
Moc kotła (mierzona licznikiem energii): 500 W
Czas nagrzewania: 95 s

To znaczy: Her er nyttevirkningen kun 66,1 %. Det åbne glas taber varme til luften og bordet, og målt uden tab ville c blive 6333 J/(kg·K).

Reguła praktyczna

En god elkedel ligger på 80-90 %. Et åbent bægerglas med dyppekoger ofte 60-75 %.

Jak sprawdzić odpowiedź

Q + tab skal give P·t. Den målte c skal altid være større end 4.186, ellers er der en målefejl.