محاسبه کردن گرمایش انرژی الکتریکی

انرژی الکتریکی و توان (وات)

کار انجام شده در یک دور حرکت یک مدار الکتریکی را توان یا وات می گویند و آنرا با علامت W یا P نمایش می دهیم که از فرمول های زیر بدست می آید :

وات : w.d = VIt
توان : P = w.d /t = VI
برق مصرفی : P = VI = I²R = V²/R

فرمول انرژی الکتریکی

فرمول‌های مختلفی برای محاسبه انرژی الکتریکی وجود دارد که بسته به کمیت‌های معلوم در مدار، می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. در اینجا چند فرمول رایج آورده شده است:

1. فرمول اصلی:

E = V * I * t
E: انرژی الکتریکی (بر حسب ژول)
V: ولتاژ (اختلاف پتانسیل) (بر حسب ولت)
I: جریان الکتریکی (بر حسب آمپر)
t: زمان (بر حسب ثانیه)

2. استفاده از توان الکتریکی:

E = P * t
E: انرژی الکتریکی (بر حسب ژول)
P: توان الکتریکی (بر حسب وات)
t: زمان (بر حسب ثانیه)

همچنین می‌دانیم که توان الکتریکی (P) خود از حاصل ضرب ولتاژ (V) در جریان (I) به دست می‌آید (P = V * I)، بنابراین این فرمول در واقع همان فرمول اصلی است.

3. استفاده از قانون اهم:

با استفاده از قانون اهم (V = I * R)، می‌توان فرمول‌های دیگری نیز به دست آورد:

E = I² * R * t (اگر جریان و مقاومت معلوم باشند)
E: انرژی الکتریکی (بر حسب ژول)
I: جریان الکتریکی (بر حسب آمپر)
R: مقاومت الکتریکی (بر حسب اهم)
t: زمان (بر حسب ثانیه)
E = V² * t / R (اگر ولتاژ و مقاومت معلوم باشند)
E: انرژی الکتریکی (بر حسب ژول)
V: ولتاژ (بر حسب ولت)
t: زمان (بر حسب ثانیه)
R: مقاومت الکتریکی (بر حسب اهم)
واحد‌های رایج انرژی الکتریکی:
ژول (J): واحد استاندارد انرژی در سیستم SI.
وات-ثانیه (Ws): معادل یک ژول.
کیلووات-ساعت (kWh): واحد رایج برای اندازه‌گیری مصرف انرژی الکتریکی در منازل و صنایع. 1 کیلووات-ساعت برابر با مصرف 1000 وات توان در مدت یک ساعت است. (1 kWh = 3.6 × 10⁶ J)

بنابراین، بسته به اطلاعات موجود در مورد مدار الکتریکی (ولتاژ، جریان، مقاومت و زمان)، می‌توانید از فرمول مناسب برای محاسبه انرژی الکتریکی استفاده کنید.

مثال :

یک لامپ رشته ای در نظر بگیرید که 100 وات 230 ولت می باشد

هنگامی که لامپ به طور عادی کار کند جریان از طریق رشته است

راه حل :

I = P/V = 100/240 = 0.4167A
R = P/I2 = 100/ 0.41672 = 576.04Ω or R = V2/P =2402/100 = 576Ω

انرژی مصرف شده را در 5 دقیقه توسط یک لامپ برقی با یک قطعه مقاومت 500Ω متصل به یک منبع 240 ولت را پیدا کنید. 34،560J

حل مسئله :

E = Pt = V2/R *t = (2402 *5*60)/500 = 34,560J

مثال 2 :

از المنت میله ای 2.5 کیلو وات برای گرم کردن آب استفاده می شود. محاسبه:

اگر مقاومت آن 24 اهم باشد ولتاژ چقدر می باشد

چه مقدار انرژی الکتریکی طی 2 ساعت به انرژی گرما تبدیل شده است

حل مسئله

P=VI=I2R
I = (2500/24)1/2 =10.2062A
V=IR= 10.2062 * 24 = 244.9488V
E = VIt = Pt = 2500*2*60*60 = 1.8 * 107J
OR E= VIt = 244.9488 * 10.2062 * 2 * 60 * 60 = 1.8 * 107J

کاربردهای گرمایش از طریق جریان الکتریکی

بیشتر وسایل برقی خانگی با این وسیله انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می کنند. اینها شامل لامپ های رشته ای ، بخاری برقی ، اتو برقی ، کتری برقی و غیره است.

در وسایل روشنایی

لامپ های رشته ای - از سیم تنگستن ساخته شده در یک لامپ شیشه ای که هوا از آن خارج شده است ساخته شده است. این امر به این دلیل است که هوا رشته را اکسیده می کند. این رشته تا دمای زیادی گرم می شود و گرم می شود. تنگستن به دلیل نقطه ذوب زیاد استفاده می شود. 34000 لامپ با یک گاز غیرفعال به عنوان مثال پر می شود. آرگون یا نیتروژن در فشار کم که باعث کاهش تبخیر سیم تنگستن می شود. با این حال، یکی از مضرات گاز بی اثر این است که باعث جریان های همرفتی می شود که رشته را خنک می کند. این مشکل با سیم کشی سیم به حداقل می رسد به طوری که منطقه ای کوچکتر را اشغال می کند که باعث کاهش اتلاف گرما از طریق همرفت می شود.
لامپ های فلورسنت - این لامپ ها در مقایسه با لامپ های رشته ای بسیار کارآمد تر بوده و بسیار طولانی تر هستند. آنها در لوله شیشه ای بخار جیوه دارند که هنگام روشن شدن اشعه ماوراء بنفش ساطع می کنند. این تشعشع باعث می شود که پودر موجود در لوله درخشش (فلورسانس) باشد ، یعنی از نور مرئی ساطع شود. پودرهای مختلف رنگهای متفاوتی تولید می کنند. توجه داشته باشید که لامپهای فلورسنت برای نصب بسیار گران هستند اما هزینه ی مصرف آنها بسیار کمتر است.
در گرمایش برقی
اجاق گاز برقی - اجاق گاز برقی قرمز گرم می شود و انرژی تولید شده توسط دیگ پخت و پز از طریق هدایت جذب می شود.
بخاری های تابشی بخاری برقی در حدود 900 درجه سانتیگراد قرمز می شوند و اشعه تابش شده توسط بازتابنده های جلا به اتاق هدایت می شود.
کتری های برقی- المنت حرارتی در کف دیگ قرار داده شده است به گونه ای که مایع گرم شده آن را بپوشاند. سپس گرما توسط آب جذب می شود و با همرفت در کل مایع توزیع می شود.
اتو برقی- هنگامی که جریان از طریق المنت حرارتی جریان می یابد ، انرژی حرارتی تولید شده به پایه فلزی سنگین که دمای آن را بالا می برد ، انجام می شود. سپس از این انرژی برای فشار دادن لباس استفاده می شود.

دمای آهن الکتریکی را می توان با استفاده از ترموستات (نوار دو فلزی) کنترل کرد.

تبدیل وات به درجه حرارت

وات (Watt) واحد اندازه گیری توان است، در حالی که درجه حرارت واحد اندازه گیری دما است. این دو کمیت فیزیکی متفاوت هستند و تبدیل مستقیم بین وات و درجه حرارت وجود ندارد.
وات نشان دهنده میزان انرژی مصرفی یا تولید شده در واحد زمان است (ژول بر ثانیه). به عبارت دیگر، نرخ انتقال انرژی است.
درجه حرارت نشان دهنده میزان گرمی یا سردی یک جسم یا محیط است. واحدهای رایج آن سلسیوس (°C)، فارنهایت (°F) و کلوین (K) هستند.

چرا نمی‌توان وات را مستقیماً به درجه حرارت تبدیل کرد؟

برای تغییر دمای یک جسم، به میزان مشخصی انرژی گرمایی نیاز است که به عواملی مانند:

جرم جسم: هرچه جرم بیشتر باشد، انرژی بیشتری برای تغییر دما لازم است.
گرمای ویژه جسم: هر ماده‌ای برای افزایش دما به میزان مشخصی انرژی نیاز دارد. برای مثال، گرم کردن آب نسبت به آهن به انرژی بیشتری نیاز دارد.
شرایط محیطی: میزان اتلاف حرارت به محیط اطراف نیز بر تغییر دما تأثیر می‌گذارد.

با این حال، می‌توان رابطه غیرمستقیمی بین وات و تغییر دما در شرایط خاصی در نظر گرفت:

اگر یک المنت حرارتی با توان مشخص (وات) در یک سیستم بسته و عایق‌بندی شده قرار بگیرد و تمام توان آن صرف گرم کردن ماده‌ای با جرم و گرمای ویژه مشخص شود، می‌توان با گذشت زمان، افزایش دمای آن ماده را محاسبه کرد. در این حالت، وات نشان دهنده نرخ ورود انرژی گرمایی به سیستم است.

به طور خلاصه:

وات: واحد توان (نرخ انتقال انرژی)

درجه حرارت: واحد دما (میزان گرمی یا سردی)

این دو واحد کمیت‌های متفاوتی را اندازه‌گیری می‌کنند و تبدیل مستقیم بین آن‌ها امکان‌پذیر نیست. برای ارتباط دادن آن‌ها، نیاز به دانستن خواص ماده و شرایط سیستم داریم.

مطالبی که شاید مورد پسند شما باشد

المنت های استخری

المنت میله ای

بخاری برقی صنعتی فن دار

المنت کمربندی تسمه ای

المنت فلنج دار