Пресметување со енергија и моќ

(Оваа статија се појави во слична форма во Energie & Umwelt 3/2006, списанието на Швајцарската фондација за енергија.)

Пресметувањето со киловати и мегаџули не е наука за ракета. Краток вовед ќе ви помогне да започнете и да избегнете грешки.

Често се читаат информации како „Ветерната турбина испорачува 350 kW годишно“; понекогаш тие даваат повеќе информации за границите на компетентноста на авторот отколку за материјата. Совладувањето на основите на пресметување со енергија и моќ не само што заштедува срам, туку пред сè овозможува интересни проценки и споредби. Целта тука е да објасниме некои од основите на разбирлив начин и да пренесеме чувство за вклучените големини и броеви.

Основи

Потребна е одредена количина на енергија за да се изврши одредена „работа“ во физичка смисла, на пр. Б. три лица да кренат четири ката или да се движат автомобил против гравитацијата и триењето над Алпите. Таквата механичка енергија може да се претвори и во други форми на енергија, како што се топлина или електрична енергија. Во ваквите конверзии нема загуба на енергија во потесна смисла, но често има нецелосна конверзија која ефективно станува ефективна како загуба. За возачот, делот од топлинската енергија генерирана од согорувањето што не се претвора во механичка енергија, туку повеќе ја загрева околината, е ефикасно изгубен. Ефикасноста е дел од енергијата што може да се претвори во посакуваната форма.

Единици на енергија

Енергијата од сите форми може да се измери со иста единица, што е исклучително корисно за многу пресметки. Во денешниот заеднички SI систем на единици, џулата (J) е основната единица на енергија. Неколку килоџули (1 kJ = 1000 J) се доволни за навистина да возат велосипед и возач. Голем број алишта се мијат со неколку мегаџули (1 MJ = 1000 kJ = 1 милион џули), а еден литар масло за греење обезбедува приближно 35 MJ топлина (без загуби во котелот). Други вообичаени единици за енергија се киловат час (1 kWh = 3 600 000 J) и калоријата (1 cal = 4,19 J).

Моќ = количина на енергија по единица време

Ако енергијата се претвори во одредено време, моќноста ја опишува претворената количина на енергија по единица време. Основната единица е вати (Ш); 1 вати одговара на еден џул во секунда и е доволен за возење мал мотор за играчки. Еден киловат (kW) одговара на 1 kJ во секунда или 3600 kJ = 3,6 MJ = 1 kWh на час. Сега го разбираме киловат час (kWh) како количина на енергија што уредот со излез од еден киловат ја конвертира за еден час. Ако имплементацијата е нецелосна, можни се различни детали: на пр. На пример, за дизел мотор при возење по автопат, или потрошената моќност (5 литри дизел гориво на час одговара на 535 MJ на час, т.е. 175 MJ/(3600 s) = 49 kJ/s = 49 kW) или излезната моќност од 15 kW. Тука ефикасноста би била 15 kW/49 kW = 0,31 = 31%.

За жал, коњските сили (HP) сè уште се вообичаена единица на моќност за моторите; 1 КС = 0,735 kW. Мотор од 1500 КС на бродски погонски систем има моќност од 1100 kW = 1,1 MW, што во оваа форма добро се споредува со 300 MW на гасна централа. Износот на отпадната топлина на бродскиот мотор од можеби 2 MW би бил доволен за загревање на 200 помали куќи во замрзнати услови.

Примери

Киловат и киловат часови повеќе нема да се мешаат едни со други и ќе се избегнат други грешки. Горенаведената ветерна турбина може да произведе врвна моќност од 350 kW во полн ветер. Во зависност од условите на ветерот на локацијата, би било z. Б. 80 kW на годишен просек, што би довело до годишно производство од 80 kW · 24 (часови на ден) · 365 (денови годишно) = 700800 kWh. Информациите во воведот може, исто така, да бидат наменети на таков начин што 350 kW е просечното производство, што одговара на годишно производство од добри 3 милиони kWh. Можете да видите дека појасните информации се многу пожелни.

кафемат

На целосно автоматска машина за кафе се потребни 24 секунди со 1500 вати за да се загрее откако ќе се вклучи. Ова резултира со количина на енергија од 1500 W · 24 s = 36,000 W s = 10 Wh = 0,01 kWh. Кога кафето потоа се вади, се додаваат дополнителни 13 Wh на чаша (150 ml). Во принцип, би се очекувало дека 150 g вода треба да се загреат од 20 ° C до 95 ° C (околу 75 Kelvin), што е еднакво на количина на енергија од 4,19 J/g K · 150 g · 75 K = 47,1 kJ = 13 Wh. (Можеме да го занемариме барањето за напојување за механичките погони за мелницата за кафе, пумпата, итн.). Значи, тоа точно одговара, и не може да биде подобро; енергијата се губи само кога ќе се загрее. Покрај тоа, постои потрошувачка на подготвеност од 3,3 W (измерена); за 24 часа ова резултира со 3,3 W · 24 часа = 79 Wh. Инаку, тоа би било доволно за уште 6 чаши кафе на ден, или за загревање 8 пати.

Приватно лице обично се справува со најголемите придобивки во врска со автомобилот. Автомобилски мотор испорачува з. Б. максимум 50 kW (= 68 PS) погонска моќност од 180 kW преку согорување на бензин, па затоа испушта 130 kW како топлина. Ефикасноста е тогаш 28%. Кога работи во лер, не прави ништо (ефикасност = 0) и сè уште троши 10 kW во форма на бензин (добар 1 литар на час), што го дава како топлина на околината. Овие 10 kW би биле доволни за да се загрее нешто термички изолирана куќа во зима.

Гасна централа

Голема централа за гас снабдува z. Б. 300 MW (1 MW = 1000 kW) електрични и емитуваат слично голема моќност во форма на отпадна топлина во околината. Голем нуклеарен реактор испорачува 3 GW = 3000 MW термички, што резултира со приближно 1 GW електрични и 2 GW во форма на отпадна топлина. Толку многу топлина на едно место е тешко да се искористи и затоа најмногу се ослободува во атмосферата и/или река.

Топла вода

Водата има топлински капацитет од 4,19 kJ/(kg K) - затоа ви требаат 4,19 kJ за да загреете еден кг вода за еден степен. Ако низ мијалникот поминат 15 литри (15 кг) во минута, кои треба да се загреат за 50 степени во системот за греење, тоа одговара на количина на енергија од 4,19 kJ · 50 · (15/60) = 52 kJ во секунда, т.е. една Топлинска моќност од 52 kW. Ако го споредите ова z. Б. со осветлување од 60 W на таванот, се разбира зошто косата на стручњакот стои наоколу од бескорисен млаз со топла вода, додека десет минути бескорисно запалено светло го остава релативно кул.

Ладење линија

Уред за ладење, на пример, машина за ладење во систем за климатизација, често го снабдува студот што се создава во форма на изладена вода. Слично на топла вода (видете погоре), пренесениот капацитет за ладење може да се пресмета од производот на проток на волумен, специфичен капацитет на топлина и, во овој случај, на температурно ширење (температурна разлика помеѓу појдовните и повратните линии). Пример: Проток на волумен на вода од 10 l/min (проток на маса 10 kg/min) и температурно ширење од 20 K резултира во транспортиран капацитет на ладење од 10 kg/(60 s) · 4,19 kJ/(kg K) · 20 K = 14 kJ/s = 14 kW.

Потрошувачка на енергија на човечкото тело

Споредете ги ваквите бројки со просечниот обрт на возрасно човечко тело. Во овој контекст, од историски причини, единицата kcal (килокалории) е вообичаена. Дневна доза од 2000 килокалории преку храна одговара на 4,19 · 2000 kJ = 8,38 MJ. (Внимание: Она што често се дава како „калории“ се всушност килокалории; 1 kcal = 4,19 kJ.) Ова резултира со излез од приближно 100 W (во просек преку ден и ноќ).

Управување со автомобил при лер (со 10 kW) енергетски одговара на чување на 100 робови и 5 до 10 пати повеќе при умерено брзо патување по автопат.

Прашања и коментари од читатели

Лице со тежина од 80 кг се искачува на 7-ми кат од куќа за 3 минути (висина на кат 3 м). Каква работа работи и што работи?

Работа: 80 kg 9,81 m/s 2 (7 3 m) = 16,5 kJ.

Моќност: 16,5 kJ/(3 x 60 s) = 92 W.

Скутер со возач тежи 100 кг и вози директно истегнување и наклон од 35 ° со 20 км на час без отпор. Кој е неговиот настап?

100 kg 9,81 m/s 2 гревови 35 ° 20 km/h 1000 m/km/(3600 s/h) = 3126 W.

Овде можете да предложите прашања и коментари за објавување и одговарање. Авторот на РП-Енерџи-Лексикон ќе одлучи за прифаќањето според одредени критериуми. Во суштина, поентата е дека материјата е од широк интерес.

Ако добиете помош тука, можеби ќе сакате да ја вратите услугата со донација со која го поддржувате понатамошниот развој на енергетскиот речник.

Заштита на податоци: Ве молиме, не внесувајте лични податоци тука. Во секој случај не би ги објавиле и наскоро би ги избришале. Погледнете ја и нашата политика за приватност.

Ако сакате личен фидбек или совет од авторот, пишете му преку е-пошта.

Со доставување давате согласност да ги објавите вашите записи овде во согласност со нашите правила.

Ако ви се допаѓа оваа веб-страница, ве молиме да ги известите и вашите пријатели и колеги - д. Б. преку социјалните медиуми со кликнување тука:

Овие копчиња за споделување се поставени на начин пријателски заштитен со податоци!

Следете ги енергетските коментари на Твитер!

На Твитер можете да го најдете Др. Пашкота од РП-Енерџи-Лексикон на @EnergieLexikon.

Станете следбеник таму за да дознаете повеќе, на пример:

Ретвитови интересни објави за енергијата и животната средина
Коментари на актуелни теми
нови написи во енергетската лексика или во блогот за енергетска РП

Најмногу од сè, можеш и ти активно учествуваат - на пример со прашања, коментари, ретвитови, допаѓања итн.!