Pretvorba energije

OSNOVE ELEKTROTEHNIKE
INTERAKTIVNI NASTAVNI MATERIJALI

animacije · pokusi · lab. vježbe · simulacije · test pitanja · zadaci

Istosmjerni strujni krugovi · Pretvorba električne energije u toplinu

Trošilo (grijač) ima snagu $P$. Uključeno je kroz vrijeme $t$ i zagrijava masu $m$ nekog materijala. Dio privedene električne energije $W_{\text{el}}$ se rasipa u okolni prostor i predstavlja gubitak $W_{\text{g}}$. Ostatak privedene električne energije predstavlja korisnu toplinsku energiju $W_{\text{top}}$ koju računamo kao umnožak specifičnog toplinskog kapaciteta $c$ materijala, mase $m$ materijala i razlike konačne i početne temperature materijala $\Delta T = T_{\text{konačno}} - T_{\text{početno}}$: $$W_{\text{top}} = c \cdot m \cdot \Delta T$$ Dakle vrijedi: $W_{\text{el}}=W_{\text{top}}+W_{\text{g}}$. Odnos korisne (toplinske) $W_\text{top}$ i privedene (električne energije) $W_\text{el}$ naziva se stupanj iskorištenja $\eta$ (može se iskazati i u postotku): $$\eta = {{W_{\text{top}}} \over {W_{\text{el}}}}$$ Iskorištenje ovisi o toplinskoj izolaciji između materijala koji zagrijavamo i okolnog prostora. Materijali se razlikuju prema specifičnom toplinskom kapacitetu $c$. To je eksperimentalno dobiveni podatak: koliko treba toplinske energije kako bi se masi od $1 \text{ kg}$ nekog materijala temperatura povećala za $1$ stupanj. Za vodu (koju često zagrijavamo) vrijedi $c=4,19 \text{ } {\text{kJ} \over \text{kgK}}$, dok je npr. za bakar taj broj $0,39 \text{ } {\text{kJ} \over \text{kgK}}$. Znači da za zagrijavanje bakra trebamo potrošiti manje energije (uz istu temperaturu), ali pri tom u bakru možemo uskladištiti manje toplinske energije. Međutim, bakar ima veću gustoću (specifičnu masu) pa se može zagrijati na višu temperaturu!

ZADATAK:

Grijač snage $P$ uronjen je u vodu zapremnine $V$ koju zagrijava s temperature $T_{1}$ na temperaturu $T_{2}$.

odredite korisnu toplinsku energiju $W_{\text{top}}$
koliko pri tom treba utrošiti električne energije ako je stupanj korisnosti $\eta$
koliko pri tom treba proći vremena za zagrijavanje

Napomena: specifični toplinski kapacitet vode je $c = 4,19 \text{ } {{\text{kJ}} \over {\text{kgK}}}$; gustoća vode je $\rho = 1 \text{ } {{\text{kg}} \over {\text{dm}^3}}$; za jedinicu energije vrijedi $1 \text{ J} = 1 \text{ Ws} = {1 \over 3600} \text{ Wh} = {1 \over 3600000} \text{ kWh}$.

Ulazni parametri (zadajte ih sami ili klikom na ):

$P=$ $\text{W}$ $V=$ $\text{dm}^3$ $T_1=$ $\text{°C}$ $T_2=$ $\text{°C}$ $\eta=$ $\%$

Nakon rješavanja zadatka provjerite da li ste dobili točne rezultate klikom na !