Сколько воды можно нагреть от 18 до кипения за 10 минут в электрическом чайнике если

Обновлено: 16.05.2024

В теории для нагрева литра воды до 100 градусов нужно энергии:

Q = C*m*(t2-t1), где:
C - удельная теплоёмкость, т.е. энергия, необходимая для нагрева в-ва на 1 градус. Для воды при нормальном давлении (101.325 кПа) это 4200 джоулей.
m - масса, 1 литр воды при обычных условиях имеет массу 1 кг.
t2 - верхняя температура нагрева, для нормального давления температура кипения воды 100 градусов.
t1 - начальная температура = комнатная температура = в моем случае 25,6 гр.

Получаем Q = 4200*1*(100-25,6) = 312480 Дж.

Теперь замерим экспериментально количество энергии для того же самого нагрева:

мощность чайника * время закипания воды = 1625 * 214 = 347750 Дж.

Отсюда можно получить КПД электрического чайника: 89.9% (о как! Причем, реально еще выше, т.к. еще часть энергии тратилась на парообразование, т.к. чайник выключается именно от пара).

Ну и теперь легко посчитать стоимость нагрева, переведя джоули в киловат-часы: 0.0965 кВт*час.

При нынешней стоимости электроэнергии 0,083 Ls* Квт*ч получаем 0.0083 Ls, т.е. меньше 1 сантима.

Нигде не напутал вроде?

P.S.
Чайник: Braun 1600
Макс. ток: 7.96 А
Ватметр насчитал 0.1 кВт*ч.

Не поленился добраться до газового счетчика и оказалось, что он измеряет не только кубометры, но и литры, а значит легко посчитать стоимость нагрева того же литра вода на газовой плите. Результат меня несколько обескуражил:

1л. воды в кастрюльке с крышкой на средней конфорке закипала ровно 8 минут и на это ушло 20 литров газа.
При стоимости (с июля 2011 года) 1 кубометра газа 0,5466 Ls, получаем, что вскипятить литр воды на газе стоит. (звучат фанфары). 0,01 Ls или 1 сантим, т.е. БОЛЬШЕ, чем электрическим чайником!

Результат странный, поэтому буду рад, если кто-то найдет ошибку, хотя места для нее вроде нет.

Еще более странный получился КПД такого нагрева:

Если теплотворная способность пропана 22000 Ккал/м3, что равно 92,180 МДж/m3 или 92180 Дж/л., то
КПД получается всего около 18%. Конечно, при сгорании газа значительно больше тратится на нагрев окружающего пространства, но все равно как-то уж совсем мало.

Время закипания чайника зависит от нескольких условий. Вот некоторые: Мощность ТЭНа чайника, объёма воды в чайнике, температуры находящейся в чайнике воды, напряжения в электросети. Мощность большинства чайников 2400Вт, максимальный объём часто 1.7л, напряжение в сети может быть плюс-минус 10% от 230В. Те потребители, что находятся ближе к трансформаторной подстанции получают большее напряжение, те, что далеко, напряжение ниже 230В. Поскольку потребляемая реально мощность зависит квадратично от напряжения, один и тот же чайник с одинаковым количеством воды(и одинаковой начальной температурой) в разных местах закипает за разное время. В моих условиях чайник 1.7л закипает примерно за пять минут.

Если учесть, что я сижу сегодня дома с простудой, то тема чаепития на настоящий момент одна из самых актуальных для моего ослабленного организма. К тому же, мы не так давно купили себе новенький чайник взамен сгоревшего и пока не выбросили коробку от него. Можно изучить все его тактико-технические характеристики без длительных поисков в Интернете. Модель называется KN-1811 торговой марки "Novex". Пишут, что при напряжении сети 220В/50Гц потребляемая мощность прибора составляет 1500 Ватт.

Максимально допустимый объём воды, которую можно таким образом кипятить за один раз, ограничивается 1,8 литра. Но, согласитесь, все мы довольно редко так наполняем свои электрочайники. Чаще останавливаемся на каком-то промежуточном значении - литр или полтора. И всё это примерно, потому что нет никакого смысла "вешать в граммах", если только речь не идёт о каком-либо уникальном эксперименте. Для наших исследований я постарался налить ровно полтора литра, но не получилось - вышло чуть-чуть больше. Отливать лишнее я не стал, потому что в процентном отношении это самая малость.

Перед тем, как нажать кнопку включения чайника, я открыл в Интернете первый попавшийся таймер, который позволит отсчитывать секунды, а смартфон использовал для снимков на разных стадиях процесса. Включив чайник, я почти одновременно запустил открытый таймер, а потом сфотографировал начало подогрева. Стоит заметить, что прибор сразу зашумел. Вероятно, его ТЭН сам по себе прогрелся быстро. Через какое-то время от донышка стали отделяться пузырьки. Они становились всё крупнее и в конце концов в ёмкости началось сильное бурление закипающей жидкости.

Присев у компьютера, я дождался автоматического выключения электрочайника и тут же остановил электронный таймер. Думаю, можно считать, что он показал пять минут, а всё остальное погрешность. Секунды туда-сюда, ушедшие на перебежки от чайника к клавиатуре, на фотосъёмку. Плюс - мы не учитываем исходную температуру воды, которая была помещена в нагревательный сосуд. Проще будет сказать так:

Электрический чайник мощностью 1500 Вт сможет закипятить 1,5 литра воды комнатной температуры за 5 минут

Но при желании можно провести эксперименты с водой из холодильника, с объёмами 1,0 или 1,8 литра, если это будет кому-то интересно.

Этот калькулятор высчитает сколько денег, электроэнергии и времени тратится на нагрев воды. Вам не потребуется ни формул, ни коэффициентов: просто введите ваши данные и получите ответ.

Для расчета потребленной электроэнергии надо указать температуру холодной и горячей воды, а также её объём (массу). Вы можете указать КПД нагревательного прибора, если он вам известен. Если задать КПД 100%, то расчет покажет только полезную мощность затраченную на нагрев воды. При указании реального КПД расчет выдаст полную мощность, потребленную от сети.

Чтобы высчитать полную стоимость нагрева воды, необходимо задать ваш тариф на электроэнергию в рублях.

Чтобы оценить сколько времени занимает нагрев, укажите мощность электроприбора, которым вы греете воду, в киловаттах (кВт). Мощность часто указана на корпусе прибора, а также в его руководстве по эксплуатации или паспорте.

Примеры

Кипячение воды в электрочайнике

Обычно я наливаю в чайник воду комнатной температуры 20°C до отметки 1 литр и всегда довожу до кипения (до 100 градусов). Мощность чайника 2 кВт. Простейший расчет показывает, что на кипячение потратится примерно 0,1 кВт ч (киловатт часов) электроэнергии, 3 минуты времени, и, по московским тарифам, пятьдесят копеек денег.

Значит, каждое чаепитие прибавляет пол рубля в счет за электроэнергию, но это значительно меньше цены порции чая или кофе.

Подогрев воды в накопительном водонагревателе

Принимая душ, я каждый раз полностью опустошаю всю горячую воду из накопительного нагревателя, потому как в конце вода становится холодной. Зимой нагреватель греет холодную водопроводную воду от 5 до 45 градусов. Объем бачка 80 литров. При мощности тэнов 2 кВт, свежая вода в бачке будет нагреваться 2 часа, при этом потратится примерно 4 кВт электроэнергии и 20 рублей денег на её оплату. Летом вода греется от 18 до 45.

Значит, зимой каждое принятие душа обходится семейной казне в 20 рублей, а летом — в 15 рублей, если не считать стоимость холодной воды.

Замечание о кпд нагрева воды

Существует распространенное ошибочное мнение о том, что водяные электронагреватели имеют кпд равный 100%. Это вызвано тем, что в теоретических расчётах потерями энергии нередко пренебрегают из-за их малой величины. Но когда расчёты имеют практическое применение, то нетрудно заметить, что в действительности потери энергии при нагреве воды происходят уже с первых секунд. В зависимости от нагревательного прибора это могут быть следующие основные виды потерь:

на разогрев самого нагревательного элемента (особенно много для электроплиты),
на нагрев стенок ёмкости (чайника, бака),
теплопередача и тепловое излучение энергии в окружающую среду от стенок ёмкости и непогружного нагревательного элемента),
испарение с поверхности воды в открытых емкостях (кастрюлях и чайниках без крышки),
потери на парообразование при кипении (самый мощный канал потерь).

Исходя из направлений основных потерь, нетрудно определить мероприятия по повышению кпд процесса нагрева воды:

использование погружного нагревательного элемента,
использование закрытой ёмкости,
теплоизоляция ёмкости,
использование минимально необходимой температуры нагрева,
отключение при возникновении кипения.

В качестве дополнительных потерь можно отметить:

потери в электрических проводах и контактах (разогрев проводов и штепсельной вилки электроприбора).
потери на побочных электрохимических процессах (ионные нагреватели, электрохимическое разложение воды, электрохимическое растворение анода),
потери на звук (шум, издаваемый пузырьками пара в месте контакта нагревателя или горячей поверхности с водой).

С точки зрения только потерь энергии дополнительные потери являются мизерными и несущественными, однако с точки зрения незапланированных расходов и рисков эти потери требуют особого внимания:

Разогрев проводов электропитания в лучшем случае приводит к временной поломке проводов/розетки/вилки, в худшем — к пожару, поражению электрическим током, ожогу.
Электрохимические процессы насыщают воду ионами металлов, разъедают бак и погружной нагревательный элемент. Первое делает воду непригодной для питья, второе сокращает срок службы водонагревателя и может вызвать потоп, если бак проржавеет насквозь.
Шум при нагреве воды является индикатором того, что на поверхности контакта воды с горячим металлом происходит парообразование. Этот процесс приводит к образованию накипи. Из-за того, что накипь плохо проводит тепло, нагревательный элемент начинает перегреваться, приходя в негодность ускоренными темпами (также немного увеличивается время нагрева). Поломка нагревательного элемента может привести к поражению людей электрическим током). Также, шум сам по себе может мешать окружающим, вызывая шумовое загрязнение.

Исходя из направлений дополнительных потерь, выделяются мероприятия по избеганию и снижению их негативных последствий:

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ.

ЗАДАЧА 10.

Сколько времени потребуется для нагревания воды массой 1 кг от начальной температуры до кипения в электрическом чайнике с электрическим нагревателем мощностью 1 кВт, если его КПД равен 90%? Какова сила тока в электрической спирали нагревательного элемента, если напряжение равно 220 В?

Количество теплоты, необходимое для нагревания воды в чайнике, определяется по формуле

Оно связано с мощностью нагревателя, его КПД и временем t выражением

Для нахождения силы тока выразим электрическую мощность через силу тока и напряжение :

Читайте также: