Fysikproblem som rör termisk uppvärmning.

Igelkotte · 21 Oktober 2006

Hej!
Tänkte ställa en fysiskfråga. Hoppas att någon kan hjälpa mig.

Antag:
- Jag planerar att ställa upp ett tält i noll grader C.
- Låt oss anta att tältets inre värme -inte- påverkas av kyleffekten som påverkas av den yttre temperaturen.
- Jag ställer nu ett stearinljus i tältet. Stearinljuset har uppmätts emittera 40W ljus&värme- energi.
- Stearinljuset brinner i 4h, sedan slocknar det.

Fråga:
Hur många grader har stearinljuset ökat tältets innervärme efter:
- 1h?
- 4h?
- Xh?

Tacksam för svar!

Vänligaste hälsningar,
Christopher

Keras2006 · 21 Oktober 2006

Måste man inte ha lite mer fakta för att kunna svara på frågan?
Vad har tältet för volym?
Hur mycket värmeenergi ger 1 watt per volymenhet?

Har inte läst någon fysik, men det verkar svårlöst med din befintliga fakta!

//Gustav\\

Igelkotte · 21 Oktober 2006

Keras2006; sa:
Måste man inte ha lite mer fakta för att kunna svara på frågan?
Vad har tältet för volym?
Hur mycket värmeenergi ger 1 watt per volymenhet?

Har inte läst någon fysik, men det verkar svårlöst med din befintliga fakta!

//Gustav\\

Ah, totalkorkat ju. Självklart måste man ha volymen. Den glömde jag ju helt enkelt. Antag att volymen är som ett Hilleberg Akto, dvs (gissning) 2,5-3m^2?

Mvh
Christopher

ps. En watt värmeenergi ger lika mycket värme, dvs 1 J. ds.

Keras2006 · 21 Oktober 2006

Gyllengahm; sa:
Ah, totalkorkat ju. Självklart måste man ha volymen. Den glömde jag ju helt enkelt. Antag att volymen är som ett Hilleberg Akto, dvs (gissning) 2,5-3m^2?

Mvh
Christopher

ps. En watt värmeenergi ger lika mycket värme, dvs 1 J. ds.

2,5-3m^2 ?! det blir ju en area, inte en volym! En volym är m^3 !

Med lite enkla beräkningar har jag kommit fram till att volymen i innertältet för ett Akto är ca 1,1m^3

//Gustav\\
[Ändrat av Keras2006 2006-10-21 kl 21:18]

Brune · 21 Oktober 2006

Keras2006; sa:
Gyllengahm; sa:

Ah, totalkorkat ju. Självklart måste man ha volymen. Den glömde jag ju helt enkelt. Antag att volymen är som ett Hilleberg Akto, dvs (gissning) 2,5-3m^2?

Mvh
Christopher

ps. En watt värmeenergi ger lika mycket värme, dvs 1 J. ds.

Klicka för att se resterande...

2,5-3m^2 ?! det blir ju en area, inte en volym! En volym är m^3 !

Med lite enkla beräkningar har jag kommit fram till att volymen i innertältet för ett Akto är ca 1,1m^3

//Gustav\\
[Ändrat av Keras2006 2006-10-21 kl 21:18]

Först måste man lära sig skillnaden mellan effekt och energi.

1 W= 1 Nm/s =1 J/s (effekt)
1 J= 1 Nm= 1 Ws (energi)

Sedan gör man en integral från tiden t0=0 till tiden t1=3600 resp. t1=4*3600=14400 s för P=40 W

Tillförd energi efter 1h = 40* 3600 W*s= 144000 Ws=144000 J
Tillförd energi efter 4h = 40* (4*3600) W*s= 576000 Ws=576000 J

Sedan är densiteten för luft någonstans 1,276 kg/m^3

Sedan behöver man nog veta vad Värmekapaciteten (cp) för luft är, men detta kommer jag inte alls ihåg. Då blir det nog till att slå i något tabellverk (och dom ligger väl undanstoppade)

Om vi tar de lite mindre teoretiskt så är det nog så att 40 W (om ett ljus nu ger så mycket effekt) är tillräckligt för att värma upp luften, det mesta av den tillförda värmen åker nog ut genom väggarna. Tält är ju inte speciellt välisolerade. En snöiglo är nog bättre isolerad.

En människa i vila utvecklar i storleksordningen 75 W.

Men nu är det dags att sova.

Per Brune

Igelkotte · 22 Oktober 2006

Keras2006; sa:
Gyllengahm; sa:

Ah, totalkorkat ju. Självklart måste man ha volymen. Den glömde jag ju helt enkelt. Antag att volymen är som ett Hilleberg Akto, dvs (gissning) 2,5-3m^2?

Mvh
Christopher

ps. En watt värmeenergi ger lika mycket värme, dvs 1 J. ds.

Klicka för att se resterande...

2,5-3m^2 ?! det blir ju en area, inte en volym! En volym är m^3 !

Med lite enkla beräkningar har jag kommit fram till att volymen i innertältet för ett Akto är ca 1,1m^3

//Gustav\\
[Ändrat av Keras2006 2006-10-21 kl 21:18]

Jaja

Nu får vi inte degradera oss på en allt för låg nivå

Självfallet vet jag att volym betecknas m^3. Även hemma hos mig bor tyrckfelsnisse

Så det är inte riktigt dit jag vill röra frågan, utan till ett eventuellt svar. Vore kul att få reda på hur man räknar. Jag har ju själv läst den högsta fysikkursen på gymnasienivå, men måste erkänna att jag inte minns mycket från den tiden.. tyvärr, för jag tycker om fysik

Men att volym=liter=^3, jorå

det vet jag faktiskt.

Mvh
Christopher

brandmansmicke · 22 Oktober 2006

Cp för luft ligger i närheten av 1 J/K*g, alltså ung 1000 J/K*kg.

m=V*rho (densiteten) = 1,1m3*1,276kg/m3=1,4 kg

Energi per grad = m*Cp = 1,4 kg*1000 J/K*kg = 1404 J/K

Delta T (1 h) = 144 000 J / 1404 J/K = 102 K
Delta T (4 h) = 576 000 J / 1404 J/K = 410 K

Med helt adabatisk beräkning (utan kontakt med omvärlden) skulle luften i tältet efter 1 timme ha stigit med ca 100 grader, efter fyra timmar drygt 400 grader. Orimligheten i att räkna adiabatiskt säger sig själv, förlusterna är gigantiska och dessutom beroende på temperaturen, desto högre temp i tältet desto mer kyler utsidan.

Mycket förenklad formel:

Temperaturförändringen, Delta T = P*t / (V*rho*Cp)

Vilket förutsätter adiabatiska förhållanden samt konstant effekt. Med föränderlig effekt få man byta ut P*t mot integralen av P dt.

Igelkotte · 22 Oktober 2006

brandmansmicke; sa:
Cp för luft ligger i närheten av 1 J/K*g, alltså ung 1000 J/K*kg.

m=V*rho (densiteten) = 1,1m3*1,276kg/m3=1,4 kg

Energi per grad = m*Cp = 1,4 kg*1000 J/K*kg = 1404 J/K

Delta T (1 h) = 144 000 J / 1404 J/K = 102 K
Delta T (4 h) = 576 000 J / 1404 J/K = 410 K

Med helt adabatisk beräkning (utan kontakt med omvärlden) skulle luften i tältet efter 1 timme ha stigit med ca 100 grader, efter fyra timmar drygt 400 grader. Orimligheten i att räkna adiabatiskt säger sig själv, förlusterna är gigantiska och dessutom beroende på temperaturen, desto högre temp i tältet desto mer kyler utsidan.

Mycket förenklad formel:

Temperaturförändringen, Delta T = P*t / (V*rho*Cp)

Vilket förutsätter adiabatiska förhållanden samt konstant effekt. Med föränderlig effekt få man byta ut P*t mot integralen av P dt.

Oj! Hedershatten tas av för ditt svar! Tack!
Anledningen till att jag förespråkade en adiabatisk uträkning var att det säkerligen är ganska svårt att även ta in den värme som försvinner. På sätt och vis vore det ju bra om man även kunde ta hänsyn till denna kyleffekt (normalisering), vet du hur man ska gå tillväga då? Villkoren är som tidigare plus alltså då tältvolymen som du använt dig av i beräkningarna.
Vore helt ultimat att få svar på detta också!

Mvh
Christopher

Brune · 22 Oktober 2006

Men naturen strävar efter jämlikhet i detta fall, så ny luft kommer in i tältet hela tiden. Skulle det inte komma in ny luft skulle man inte överleva en natt i tält för syret skulle ha tagit slut. Dessutom är det som jag skrev tidigare att en människa i vila utvecklar omkring 75 W så det tillför i så fall nästan dubbelt så mycket värme som ditt ljus.

Det är ingen tillfällighet att en bastu ofta är välisolerad och att det är hög effekt på ett bastuaggregat (elektriskt). Den som någon gång eldat en vedeldad bastu vet hur lång tid det tar och hur mycket ved det går åt, innan man har uppnått ”bastutemperatur”

Per Brune

Pigge2 · 22 Oktober 2006

[/QUOTE]

Anledningen till att jag förespråkade en adiabatisk uträkning var att det säkerligen är ganska svårt att även ta in den värme som försvinner. På sätt och vis vore det ju bra om man även kunde ta hänsyn till denna kyleffekt (normalisering), vet du hur man ska gå tillväga då? Villkoren är som tidigare plus alltså då tältvolymen som du använt dig av i beräkningarna.
Vore helt ultimat att få svar på detta också!

Mvh
Christopher [/QUOTE]

Det som behövs för att kunna beräkna värmeförlusten i systemet är flera komplexa faktorer. Huvudsakligen behöver vi ett värde på isolationsförmågan hos tältets väv, och med den samt omslutningsarean, kan vi göra en beräkning. Sedan kommer den beräknade värmeförlusten vara beroende på temperaturskillnaden mellan inne och ute (delta T).
Ett maxvärde på temperaturen bör gå att beräkna.
Vi kommer även att få problem genom att värmeförlusten mot marken är en annan än mot omkringliggande luft.
Ett experiment verkar vara på sin plats.

undvall · 23 Oktober 2006

Glöm beräkning!

Pigge2; sa:
Ett experiment verkar vara på sin plats.

Helt riktigt!!! Tro mig, detta är på tok för komplext för att någon människa ska kunna beräkna innertemperaturen som funktion av tiden, om man inte gör så många förenklande antaganden att beräkningen inte längre har något med verkligheten att göra. Nej inte ens med en superdator är detta ett problem som är speciellt enkelt att lösa, jag vet eftersom det är sånt som jag sysslar med (fast inom mekanik/ hållfasthetslära).

/ Stefan

thureb · 23 Oktober 2006

Temperaturen

i innertältet är kanske inte det intressanta med ljuset. Utan snarare om en något högre temperatur i innertältet jämfört med yttertältet driver ut fukten så att kondens från utandningsluft och från ljuset sätter sig på insidan av yttertältet i stället för på sovsäcken, insidan innertält mm.

Så ett praktiskt experiment skulle gärna omfatta två tält och mätning av inner och yttertemperaturer luftfuktighet " Upplevd komfort " etc etc.

Thure