Wirkungsgrad

hello · Gast

Meine Frage:
Die frage lautet: "Mithilfe einer Heizplatte Pth= 150 W werden 200 ml Wasser in einem Becherglas ohne Deckel in 3 min von 20 °C auf 45 °C erwärmt. Berechne den Wirkungsgrad. Gib drei Veränderungen der Versuchsdurchführung an, durch die der Wirkungsgrad vergrößert werden könnte."

Meine Ideen:
Spanne zwischen 20 °C und 45 °C -> 25 °C

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Der Temperaturunterschied ist schon mal richtig.

Was brauchst Du noch, um die benötigte Energie zum Erwärmen zu berechnen?

Viele Grüße
Steffen

hello · Gast

ich denk mir man benötigt noch die 150 W und die 200 ml, aber ich weiß keine Formel in die man diese Werte einsetzen kann

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Die 200 ml ja, aber die 150 W sind dafür egal, Du könntest auch mit einer anderen Heizplatte arbeiten, warm wird's immer.

Habt Ihr nicht besprochen, wieviel Energie notwendig ist, um z.B. ein Liter Wasser um ein Grad zu erwärmen? Nie?

hello · Gast

ich wüsste keinen Wert wie viel Energie not wendig ist um Wasser zu erwärmen

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

https://www.google.de/search?site=&source=hp&q=wie+viel+Energie+not+wendig+ist+um+Wasser+zu+erw%C3%A4rmen&btnK=Google+Search

hello · Gast

um einen Liter Wasser um 1 Grad zu erwärmen benötigt man 1 cal ?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Gut recherchiert! Die Kalorie ist zwar längst nicht mehr gebräuchlich, aber so konnte man sich das früher gut merken.

Ganz genau genommen, ist es eine Kilokalorie (kcal), aber das wurde schon immer etwas lockerer gesehen und ebenfalls Kalorie genannt. Manche haben angefangen mit "kleinen Kalorien" (cal) und "großen Kalorien" (kcal), aber das vergessen wir besser gleich wieder.

Und von den Lebensmittelangaben auf Deiner Colaflasche wirst Du es bestimmt schon abgelesen haben: eine Kalorie (kcal) sind 4,1868 Joule. Das ist die heutige korrekte Einheit für Energie.

Gut. Wenn Du 4,1868 Joule brauchst, um 1 Liter Wasser um ein Grad zu erwärmen, wieviel brauchst Du, um 200 Milliliter um 25 Grad zu erwärmen?

hello · Gast

also benötigt man für 200 ml Wasser 0,83736 Joule

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Ja, wenn's ein Grad wärmer werden soll, wie gesagt. Wieviel also für Deine Aufgabe?

hello · Gast

also 20,934 Joule

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Perfekt!

EDIT: Hoppla, da hab ich bei den Kalorien selber was durcheinandergebracht. Es sind Kilojoule, also das Ganze mal 1000. So kommt man auf 20934 Joule. Sorry.

Nun soll das Ganze ja in drei Minuten erledigt sein. Wieviel Watt brauchst Du dann?

Tipp: ein Joule ist dasselbe wie eine Wattsekunde.

hello · Gast

ich finde keinen Zusammenhang zwischen den 20934 Joule und den 3 s

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Um 20934 Joule Energie aufzuwenden, brauchst Du eine bestimmte Leistung (Watt) und eine bestimmte Zeit (Sekunden). Wenn Du die multiplizierst, bekommst Du die Joule.

Zum Beispiel kannst Du 20934 Watt (wenn's Deine Sicherung hergibt) eine Sekunde lang auf das Wasser einwirken lassen. Oder auch 1 Watt und 20934 Sekunden (das sind knapp sechs Stunden).

Nun finde heraus, wieviel Watt Du bei 3 Minuten brauchst.

hello · Gast

könnte es da sein, das man dazu die 150 W benötigt?
also 150 W * 3 s = 450 WS

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Nein, die 150 Watt werden zwar genommen, aber theoretisch brauchst Du nicht soviel. (Das ist ja gerade der Wirkungsgrad.)

W=Pt. Setz W in Joule und t in Sekunden (in Sekunden!) ein und berechne P.

hello · Gast

also muss man die 150 W in Joule umrechnen?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Nein, die 20934 Joule in Watt.

hello · Gast

p= W : t

P = 20934 W : 180 s

P = 116,3 Ws

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Die Einheit von W ist Ws.

Die Einheit von P ist W.

Aber von den Zahlenwerten stimmt's.

Du brauchst also eigentlich nur 116,3 Watt, musst aber 150 Watt nehmen, um es hinzukriegen. Wieviel Prozent von diesen 150 Watt nutzt Du also sinnvoll? Das ist dann der Wirkungsgrad.

hello · Gast

ahh okay verstehe also sind es 77,5 % rund 78 %

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Genau.

Fällt Dir was ein, wie man diese Prozente höher kriegen könnte?

hello · Gast

größere Temperaturveränderung, kürzer als 3 min erhitzen?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Deswegen wird das Ganze aber nicht effektiver! Wenn Du das Wasser heißer machst oder auch nur kürzere Zeit erhitzt, immer wird nur 78 Prozent der Leistung da ankommen, wo sie soll - im Wasser.

Der Rest geht z.B. in die Luft. Wie könnte man das hier am einfachsten verhindern? Gibt es noch andere Möglichkeiten?

hello · Gast

man könnte zusätzlich noch einen deckel benutzen

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7244

Prima, das sollte die erste Möglichkeit sein.

Dann könnte man noch, wie in der Küche, nachdenken, ob die Heizplatte für den Becher die richtige Größe hat oder eher die Küche heizt...

Auch gibt es bestimmt Gründe, dass Kochtöpfe in der Küche selten aus Glas sind...

Vielleicht hast Du noch weitere Ideen.

hello · Gast

ahh okay stimmt..

hello · Gast

ich bin mir nicht sicher aber wäre dies auch eine Möglichkeit: größeres Gefäß und größere Heizplatte damit der Wasserstand niedriger wird?

hello · Gast

wäre super wenn jemand helfen könnte