Fysik
opg. 33: elkedel
I en elkedel skal opvarmes 1,5 L vand fra 20 grader til 100 grader. Vand har den specifikke varmekapacitet 4,2 kj/kg*grad, og densiteten (massefylden) for vand er 1,00 kg/L.
a) hvor meget varmeenergi skal vandet modtage?
Elkedlen omsætter elektrisk energi med effekten 1920 W. Opvarmningen af vandet varer 5 minutter og 10 sekunder.
b) beregn forbruget af elektrisk energi.
c) hvor længe ville opvarmningen af vandet vare, hvis elkedlen omsatte al den elektriske energi til varmeenergi i vandet?
Svar #1
05. februar 2005 af BuGi (Slettet)
Kan vist hjælpe lidt.
Går ud fra du også har "formelsamlig for naturfag 2002".. Der står på side 26 om lige præcis det du skal bruge, men til
E(energi)=c(varmekapacitet)*m(masse)*T(temperaturændring)
a) 4,2*1,5*80=504J
//Bugi
Svar #2
05. februar 2005 af Mithturion (Slettet)
Svar #3
06. februar 2005 af Epsilon (Slettet)
a) Du mangler en faktor 10^3 J på den specifikke varmekapacitet, c. Hvis du konsekvent skrev enheder i udregningen, ville fejlen kunne undgås. Det korrekte resultat er
Q = (4.2*10^3 J/(kg*K))*(1.5kg)*(80K) = 5.04*10^3 J ~ 0.50MJ
#2:
b) Omsat elektrisk energi E_el i løbet af tidsrummet delta t ved konstant effekt, P:
E_el = P*(delta t)
c) Du ved fra a), hvor meget energi i form af varme, som vandet modtager, og fra b) kender du effekten, hvormed elektrisk energi omsættes i elkedlen. Du skal antage 100% nyttevirkning.
//Singularity
Svar #4
06. februar 2005 af Mithturion (Slettet)
C) er det så bare at sige (5,04*10^3J)*(9792) <-(resultatet fra b)?
Svar #5
06. februar 2005 af Epsilon (Slettet)
Q = P*(delta t)
finder vi
delta t = Q/P = (0.504*10^6J)/(1920W) = 262.5s = 4.375min
eller ca. 4 minutter og 23 sekunder. Dette er mindre end de 5 minutter og 10 sekunder, som opvarmningen reelt varede ifølge opgaveteksten, hvilket afspejler, at der i virkeligheden er et varmetab til omgivelserne.
//Singularity
Svar #6
01. december 2010 af Flemse1982 (Slettet)
Energien som bliver brugt på de 5 sekunder, er 10.000J. (2.000*5)
Formlen for nyttevirkningen er
?=Eudnyttet/Etilført * 100%
Er nyttevirkningen ligmed 100% vil kedelen altså benytte alle 10000W til opvarmning af vandet.
Således må vi benytte os af formlen for varmekapaciteten for at finde temperaturstigningen.
Varmekapaciteten findes ved denne formel:
C=Q/Δt
Varmekapaciteten = Den tilførte varme/temperaturstigningen
Varmekapaciteten for 1 kg vand er lig med 4.18 kJ/?C. Derved vil den specifikke varmekapacitet for 700g vand være lig med:
4.18kJ/?C *0.7kg=2.926kJ/?C
Hvis varmekapaciteten for 700g vand er lig med 9.926 kJ/?C vil vandet altså have følgende temperaturstigning på 5 sekunder:
10kJ/2.926kJ/=3.4176?C
Er nyttevirkningen dog 50 % vil vandet have følgende temperaturstigning:
5kJ/2.926kJ/?C =1.7088 ?C
For at beregne mængden af energi der kræves hvis man ønsker at opnå en temperatur på 100?C med en starttemperatur på 20?C kan man igen benytte sig af formlen for varmekapaciteten.
Jeg beregnede tidligere at den specifikke varmekapacitet for 700g vand er C=2.926kJ/?C
Altså vil en temperaturstigning på 80?C kræve en energi på:
2.926 kJ/?C *80?C =234.08kJ
Vil man beregne hvor lang tid det tager at bringe vandet i kog med en nyttevirkning på 100 % og en starttemperatur på 20?C, skal man igen bruge formlen for effekt.
Elkedlens effekt er 2000W og hvis man skal bruge en energi på 234.08 kJ vil det altså tage følgende antal sekunder:
234.08kJ/2kJ/s=117.04s
Omregnet til minutter vil det altså tage elkedlen 1min. og 57.04 sek. At opvarme vandet fra 20?C til 100?C.
Skriv et svar til: opg. 33: elkedel
Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk?
Klik her for at oprette en bruger.