Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
2

Можно ли кипятильником на 220 вольт вскипятить воду, от 36 вольт?

Андрей Яковлев - 55 [12.1K] 4 недели назад

Есть обычная розетка, но к ней подведен постоянный ток с напряжением 36 вольт.

Можно ли кипятильником на 220 в/2 кВт, вскипятить воду в банке 0.75 л?. Если можно, то сколько времени потребуется? ("модернизировать" кипятильник и т.п. нельзя).

бонус за лучший ответ (выдан): 5 кредитов
Андрей Яковлев - 55 [12.1K]
Теплообменные процессы в условии не указаны, поэтому их не учитываем или будем считать максимально благоприятными.  4 недели назад
комментировать
12

Ток потребления, возникающий в кипятильнике при переменном напряжении 220 В, составляет:

I = Р/V = 2000 / 220 = 9.09 A.

Следовательно, его сопротивление:

R = V/I = 220 / 9.09 = 24.2 Ом.

Ток потребления при 36 В:

I = V/R = 36 / 24.2 = 1.49 А

Мощность:

Р = I*V = 1.49*36 = 53.6 Вт.

Принимаем исходную температуру t = 25°C, температуру кипения Т = 100°C, удельную теплоёмкость воды с = 4200 Дж/кг, объём воды в банке 0.5 л, так как потребуется место на её расширение при нагреве и для размещения кипятильника, массу воды m = 0.5 кг, КПД кипятильника n = 90 %.

Количество теплоты, требуемой для закипания:

Q = c*m*(T - t) = 4200*0.5*(100 - 25) = 157500 Дж.

Время нагрева

t = Q / (Р*n) = 157500 / (53.6*0.9) = 3265 сек = 54 мин.


Полученный результат расчёта можно проверить на сайте онлайн-калькулятора Расчет расходов на нагрев воды.

Однако, современные источники постоянного тока 36 В могут обеспечивать мощность до 480 Вт и больше, поэтому времени для закипания воды может потребоваться гораздо меньше.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
Андрей Яковлев - 55 [12.1K]
Надо отметить, любой понижающий трансформатор расчитан на определённую не только мощность, но и время нагрузки! Поэтому предварительно, что бы избежать перегрузки трансформатора, обязательно надо ознакомиться с инструкцией по применению.  3 недели назад
Vasil Stryzhak [8K]
Задача решена неверно. Тот же ошибочный подход, что и у других. Сопротивление проводника с повышением температуры возрастает. Так сопротивление горячей лампы накаливания возрастает в 15 раз, относительно холодного состояния. Спираль кипятильника нагреется пусть не до белого каления, но докрасна точно, следовательно перепад проводимости того же порядка.
При подключении кипятильника к сети 36 В естественно температура нагревательного элемента будет гораздо ниже, а сопротивление меньше 24,2 Ом, значит ток и потребляемая энергия больше, что подтверждается проведенным мною измерением.
Р.S. Более мощные источники постоянного тока 36 В, например более 200 Вт, ни как не повлияют на время закипания воды.
 3 недели назад
Вова маленький [76.7K]
Задача решена верно, потому что, если следовать логике что повышение температуры приводит к каким-то катастрофическим результатам, то ни кипятильники не кипятили и лампы бы не горели. Красным или белым кипятильник станет, лишь после того, как вода закипит и вся испарится, а до этого его температура не превысит 100°C.
Странно так же было утверждать, что подводимая мощность никак не влияет на время закипания, когда все вычисления по тепловым явлениям начиная с 8-го класса школы именно на этом и строятся.
Я тоже люблю чай, но кухонные эксперименты не провожу, а лучшим подтверждением справедливости расчётов служит практический опыт самого автора вопроса.
 3 недели назад
Андрей Яковлев - 55 [12.1K]
Vasil Stryzhak. Расчёты даны, как я понимаю, для "холодного­" состояния. Они не противоречат закону Ома. Возможно, при нагреве меняется вольтамперная характеристика, Вам видней, но на практике, время нагрева совпадает с расчётами, плюс небольшая поправка на теплообмен. Час максимум.  3 недели назад
Вова маленький [76.7K]
Для бытовых приборов изменение температуры в расчёт не берут. Ну не встречается такое. Только для чувствительной измерительной техники и в промышленных установках, когда перепад температуры приближается к 1000 и более градусам.  3 недели назад
все комментарии (еще 5)
комментировать
3

Все дело в том, что сопротивление нагревательного элемента (спирали) кипятильника гораздо меньше в холодном состоянии, чем в процессе нагревания. Следовательно, при подключении кипятильника к напряжению 36 вольт, нагрев его и сопротивление соответственно меньше. Тогда ток будет несколько больше предполагаемого. Очевидно, в этом кроется «секрет» вопроса.

В данном случае вполне можно рассчитать потребляемую мощность кипятильника, используя табличные данные. Но проще измерить ее с помощью домашнего электросчетчика при наличии трансформатора на 36 В, чем воспользовался автор ответа. Так электрочайник на 1,8 кВт подключенный через понижающий трансформатор потреблял примерно 80 Вт. Температура воды в начальный период нагрева поднималась на 1⁰ в минуту. Затем по мере увеличения разности температуры с окружающим воздухом скорость нагрева несколько снизилась. Через 80 минут появились признаки пара над водой. Эксперимент пришлось прервать, так как в самый ответственный момент срочно понадобилось приготовить чай.

Считаю, двух часов вполне достаточно для закипания воды. Для надежности можно дополнительно накрыть банку картонной коробкой.

3

Если вам не надоест ждать, попробуйте поэкспериментировать­. Надеюсь, часа через три вода нагреется. О том, чтобы закипела судить трудно, скорее всего теплообменные процессы этого не дадут сделать.

Давайте логически мыслить. Кипятильник 220 В обычная мощность 1 КВт, ток (грубо) около 5 А. При снижении напряжения в 6 раз (220/36) ток тоже уменьшится соответственно на такую же величину. А вот мощность (P=I*U) уменьшится в 36 раз и составит ≈28 Вт. Обычная лампочка накаливания имеет бо́льшую мощность, да вот воду ею никто не кипятит.

Так как вы указали конкретную мощность 2 КВт, то получите на выходе отдаваемую мощность 56 Вт. Вполне прилично, сопоставимо с мощностью 40 ваттного паяльника.

2

О теории и "прикидках" здесь достаточно написано. Добавлю практический опыт из жизни. Я несколько лет кипятил воду от сварочного напряжения (30-40 В) и имел свежий чай на производстве. Дело в том, что все розетки на 220 В, у нас были запрещены после несчастного случая...

Начал с того, что просто опустил кипятильник на 2 кВт в банку 0.75 л с водой. До первых пузырьков, дошло минут за 30-40, но дальше дело продвигалось очень медленно из-за усиливающихся теплопотерь, да и вода при длительном нагреве испарялась. В итоге, дождался кипячения, только через 1,5 - 2часа, когда половина воды испарилась.

Поэтому, "модернизировал" это дело. Сделал "чехол" из пеноблока, и жестяную крышку с прорезью под две трубки кипятильника. Сверху, дополнительно, плотно покрывал всю эту конструкцию деревянным бруском. В общем, свёл потери тепла и воды при нагреве к минимуму. И результат получился удовлетворительный - время до полного закипания не превышало часа. Это близко к теоретическим расчётам (50-55 минут).

Добавлю, что я использовал промышленный сварочный аппарат на 500 Ампер. Если вы захотите проводить подобный эксперимент от сети с напряжением 36 в, то надо проконсультироваться у специалиста: рассчитана ли эта сеть на такую нагрузку по мощности и времени действия.

2

Повторно, используя электросчетчик в качестве измерительного прибора, определил относительное потребление энергии электрочайника (в виду отсутствия кипятильника) при 220 В и 36 В, за вычетом потерь на холостой ход понижающего трансформатора. Это отношение составило 200/9, что соответствует снижению мощности в 22 раза. Тогда кипятильник в 2 кВт будет потреблять 90 Вт.

Используя формулу Р = V^2/R, вычисляем для сравнения реальное сопротивление кипятильника подключенного к сети 36 В

R = V^2/Р = 36*36/90 = 14,4 Ом.

Пусть t = 25°C, Т = 100°C, с = 4181 Дж/кг, m = 0.5 кг и КПД нагрева 100 % (k = 1).

Определяем количество теплоты на нагрев воды

Q = (T - t)*c*m/k = (100 - 25)* 4181*0.5/1 = 156787 Дж.

Время нагрева

t = Q / Р = 156787/90 = 1742 сек = 29 мин.

Естественно, в данном случае будут тепловые потери на нагрев емкости, нагревателя, теплоизолятора, а с учетом длительного нагрева - окружающей среды. Так что в лучшем случае КПД устройства 55 %. В этом легко убедиться, если запустить обратный процесс. В банку теплоизолированную пенопластом залить кипяток, а через минут 50 измерить температуру содержимого.

Повторим расчет времени нагрева для КПД 55% (k = 0,55).

Q = (100 - 25)*4181*0.5/0,55 = 285067 Дж.

t = 285067/90 = 3167 сек = 53 мин.

Андрей Яковлев - 55 [12.1K]
Я не спец, но думаю, что сам трансформатор при нагрузке будет расходовать больше энергии, чем на холостом ходу. Это подтвеждается его нагревом во время работы под нагрузкой. Возможно по этой причине, Ваш эл/счётчик, даже если вычесть потребление на холостом ходу, даёт несколько завышенный показатель. Но это только моё предположение, не более.
Тем не менее Ваши расчёты, как и у Владимира, дают близкие к практике результаты. Благодарность и бонусы обоим).
 2 недели назад
Vasil Stryzhak [8K]
Я использовал промышленный трансформатор на 250 Вт. Нагрузка в 90 Вт гораздо ниже и практически ни как не могла оказать влияние на показатель потребления электроэнергии и снижение напряжения. Будь у меня трансформатор по мощнее, например на 450 Вт или же сварочный аппарат, как в Вашем случае, энергопотребление кипятильника и время нагрева воды не изменилось бы, так как напряжение, подаваемое на нагрузку, оставалось бы прежним – 36 В.  2 недели назад
комментировать
1

Нет не закипит. В данном случае мощность кипятильника станет 40 с небольшим ватт. Вода будет охлаждать кипятильник, а воздух воду. Если подключить электролампочку 220 вольт на 36 вольт. Спираль еле покраснеет. Электроплитка 220 включённая в 36 вольт едва греется. Зато тесто в кастрюле хорошо поднимается.

Проверено не экспериментально из-за путаницы с розетками и патронами в бане. Как оказалось они были запитаны от внешнего трансформатора 220 на 36

1

Если исключить оказию теплообмена банки с окружающей атмосферой, то вполне можно. Времени для этого потребуется в 6,1 - 7 раз больше, чем в случае с источником в 220 В.

В молодости я похожий эксперимент проводил - ведро воды, облаченное вокруг в пенопласт и фуфайки, довел до кипения за 1,5 часа кипятильником, которым кипятят воду в стакане.

1

Я б не рисковал такое делать, потому что можно остаться без света или например пробки выбьет на счётчике. Лучше все таки приобрести газовую плиту и на ней нагреть воду и не морочить себе голову. И вообще есть чайник для таких случаев. В нем намного удобнее кипятить воду. Конечно если он с ручкой.

1

В принципе - можно. Только ждать придётся долго. В шесть раз дольше, чем если бы была розетка на 220 вольт. В шесть - потому что 36 вольт меньше 220 приблизительно во столько.

Но это всё теоретические домыслы, которые нуждаются в экспериментальном подтверждении.

zlyden [25.5K]
ошибочка вышла! не в 6 раз дольше, а в 36 тк по мощности зависимость квадратичная от напряжения. P=(U^2)/R  4 недели назад
комментировать
0

Без расчетов, чисто умозрительно, если напряжение меньше в 6 раз, то и мощность кипятильника уменьшится на столько же. А следовательно и время нагрева воды. Плюс температура воды, плюс температура окружающей среды... короче минут 10-15.

Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация
OpenID