Администратор
Администратор | 05 марта 2011 | 15:05

 


Вы когда-нибудь задавались вопросом трат электроэнергии на чаепитие? Нет, я тоже. Но с подачи одной очень любознательной подруги, пришлось заняться.


Что нужно для чаяпития? Чай, хорошая компания, сладости и кипяток. Откуда взять кипяток? – из чайника естественно… А как он там образовывается? Ну, вода нагревается от электронагревателя. То есть, заряженные электрончики бегущие по проводам под напряжением из разетки, попадая в нагреватель преодолевают сопротивление кристаллической решетки металла, от этого она нагревается и происходит преобразование электрической энергии в тепловую, которая аккумулируется в воде.


Каждое вещество обладает разной теплоемкостью, если ее отнести к весу вещества, эта величина называется удельной теплоемкостью и показывает количество энергии, которую необходимо сообщить или забрать, для того, чтобы увеличить или уменьшить температуру одного килограмма вещества на один градус Кельвина.


Иными словами, если например удельная теплоемкость воды равняется 4,2 кДж/(кг*К) - это значит, что для того, чтобы нагреть один килограмм воды на один градус, необходимо передать этому килограмму воды 4,2 кДж энергии.


Для тех, кто измеряет все в калориях  небольшая справочка: Кало́рия (кал, cal) — внесистемная единица количества работы и энергии, равная количеству тепла, необходимого для нагревания 1 грамма воды на 1 К при стандартном атмосферном давлении 101,325 кПа. Что приводит к приблизительному равенству: 1 кал = 4,2 Дж.  И не говорите мне после этого, что в воде нет калорий. Энергия затраченная на нагрев воды в воде и остается. За более точными значениями идите в справочник.


Таким образом, зная начальную температуру воды и конечную, до которой происходит нагрев легко вычислить необходимую для нагрева энергию. Зная время, за которое вода нагревается в чайнике с какого-то значения, до кипения легко вычислить и мощность нагрева. 1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль.


Проведем эксперимент. Берем чайник, заливаем 1,5 кг(нужно взвесить это важно) воды и включаем. Холодная вода из под крана имеет температуру 7,5 градусов, мощность чайника 2200ватт. Время до закипания 5:22 и 5:32 до отключения.


Теперь занимательная математика. Нагреть нам надо 1,5 кг. Я знаю что есть погрешности на атмосферное давление примеси нашего горводоканала, но их мы учитывать не будем. Договорились? Нагреть нам надо наши 1,5 «килограмма » на 100 - 7,5 градусов, то есть на 92,5 градусов. Получаем 4,2*1,5*92.5 = 582,75 кДж.


Наша работа совершалась 322 секунды и энергии передано 582750 джоулей. делим одно на другое получаем 1809 Ватт. Вот как то так. То есть мой чайник с мощностью нагревателя 2200 имеет мощность по воде 1809.


Почему меньше?  Это потери на нагрев воздуха и металлического корпуса. Сам нагревательный элемент может иметь КПД порядка 98%, а из за потерь мы имеем всего 82,3%. 


Естественно, расчеты тут имеют погрешность. Так как вода может кипеть не при 100 градусах, потом довольно сложно определить момент закипания. Очень помог бы правильный градусник но у меня его нет. Так что 322 сек и 100 градусов это очень условно. Но в целом картина ясна. 


Теперь выясним сколько времени пройдет до закипания, если мы не закроем крышку. Остужаем чайник под холодной водой, наливаем снова 1,5 кг, включаем. Время до закипания 5 минут 53 секунды, до отключения… кхм сложно сказать. С открытой крышкой он довольно долго бурлит и вода начинает выплескиваться, так что я закрыл крышку, и чайник отключился в 6 минут 23 секунды. Без закрытой крышки мог и не отключится еще долго, это опасно, не делайте так дома. 


Итак, 25 секунд сверху до закипания. Пересчитываем мощность получается 1650 Вт. КПД выходит 75% то есть уменьшилось на 7,3% в абсолюте, а относительно КПД на 9,1 процента. Таким образом, если хотите подарить кому-то 9 % энергии - не закрывайте крышку. 


Сколько же крышка дает в рублях. Элементарно. 2200 ватт работают лишние 21 секунд: 2200*21 / 3600 = 12,83 ватта в час за которые мы платим деньги. Это где-то 1,3 процента от киловатта в час, который стоит вроде бы 1,79р или что-то около, то есть речь идет о 2,3 копейки.


Естественно, назревает вопрос о чайниках-термосах, насколько они эффективны, ведь у термоса теплопотери меньше. Надо проверять экспериментально. Подозреваю, что не все так просто как на рекламном буклете.


Один такой чайник мы с друзьями подарили одной любознательной девушке, которая стала задавать вопросы, переживая о рублях в кошельке. Вопросы следующие:



  1. Почему медленно греет воду.

  2. Сколько ест электричества в сутки если пить чай утром и несколько раз вечером?

  3. Кипятит ли воду при доливке?

  4. И тд.


Давайте разбираться. Из инструкции к чайнику явствует, что мощность по нагреву 750 Джеймсов Уаттов… В режиме подогрева 35 Ватт. У этих подогревалок две разные спирали на нагрев и подогрев. Поэтому и разная мощность, чисто русское решение. Зачем ставить какой-то преобразователь напряжения, когда можно встроить две спирали и запитать их от 220 через реле, которым управляет блок управления.


Итак, сколько же по времени кипятил бы воду обычный чайник будь у него мощность как у этого термопота. На те же 1,5 литра надо 582750 Дж. Делим это на 750 получаем: 777секунд. Это в идеале без теплопотерь. То есть 13 минут почти. Если же залить туда 5 литров, то это мучение продлится где-то 43 минуты с небольшим. А если добавить еще и -17% КПД обычного чайника, то все 50 с лишним минут.


Это точка отсчета для эксперимента с термопотом. Которые будут во второй части статьи.


  


UPD


Решил повторить эксперимент и для горячей воды чтобы понять, сколько экономит нам энергии горячая вода из под крана. Для этого все же решил взвешивать воду и заливать ровно 1кг, при этом греть до авто отключения чайника, поскольку именно так все и поступают - ждут пока чайник сам отключится. Это позволит более точно получить относительные значения. Результаты такие:



  • Холодный килограмм: 3 минуты 54 секунды.

  • Горячий килограмма: 1 минута 51 секунда.


Далее опять занимательная математика.


Возьмем более точное значение теплоемкости воды: 4,183.


Для нагрева холодного кг надо 1кг * 4,183кДж * 92,5 градуса = 386927 Дж.


С горячим проблема, у меня нет точного градусника позволяющего измерить начальную температуру воды из под крана. Тот градусник, что есть показывает 55 градусов. Давайте посчитаем.


Для нагрева горячего кг надо: 1кг * 4,183 кДж * 45 градусов = 188235 Дж.


Проверим ради интереса через холодную воду, для этого еще раз вычислим мощность чайника по нагреву воды. Мощность  =  386927 Дж  / 234 секунды = 1653 ватт. Ого как мало. Теперь вычислим температуру горячей воды исходя из времени нагрева. Мощность 1653 ватта работала 111сек, что дает 1653*111 =  183483 Дж работы. Этим кг воды можно нагреть на: 183483Дж / 4,183 кДж = 43,86 градуса. Близко. То есть исходная вода была 56,14 градуса.


 Итого выходит, что горячая вода из под крана экономит нам 198692 Дж энергии. Чайник не работал лишних две минуты и 3 секунды, что дает нам 183 * 2200 / 3600 = 0,112  киловатт/час. Это уже целых 20 копеек экономии.


 


05 марта 2011 | 18:21

Вы не авторизованы и, к сожалению, не можете оставить комментарий.
Зарегистрируйтесь, либо войдите с учетной записи ВКонтакте,
она же у вас есть, ведь так?! ;-)

Случайные фотографии