Взаимосвязь между генерируемым теплом, мощностью, током и напряжением

Можете ли вы помочь мне понять взаимосвязь между током, напряжением и выделяемым теплом?

Я попробовал два комплекта перчаток с подогревом. В одном используется батарея, которая вырабатывает 7,4 вольта x 2 ампера (мощность 14,8 Вт). В другом используется батарея 11,1 вольт x 1,4 ампера (мощность 15,54 Вт). Итак, вырабатываемая мощность похожа, но перчатки на 11,1 вольт греют руки гораздо сильнее. Почему это?

Мои воспоминания о школьной физике далеки, но я помню, что электричество можно представить по аналогии с водопроводной системой, где вольты — это давление воды, ток (измеряемый в амперах) — это поток воды, сопротивление — это размер трубы. , а мощность (Вт) = вольт x ток. Я также помню, что количество выделяемого тепла пропорционально квадрату силы тока, но я не знаю, как сложить все воедино и объяснить, почему перчатки на 11,1 вольт выделяют гораздо больше тепла.

Что говорят этикетки на перчатках или инструкции к перчаткам о рейтинге перчаток?

Ответы (4)

Больше мощность, больше тепла.

п ( Власть ) "=" В я
ЧАС ( в джоулях ) В я т ( в с )
ЧАС ( в джоулях ) п т ( в с )

Перчатки на 11,1 вольт дают больший нагрев не только потому, что у них больше разность потенциалов, а потому, что Власть в нем больше.

Значит, все, что имеет значение, это вырабатываемая мощность? Две батареи, работающие при разном напряжении, но вырабатывающие одинаковую мощность, будут выделять одинаковое количество тепла? Как это согласуется с эффектом Джоуля (правильно ли я его помню?), согласно которому теплота пропорциональна квадрату силы тока?
В "=" я * р
п "=" ( я * р ) * я
п "=" я 2 р
Вы можете сделать то же самое, используя эту формулу, и вы получите тот же ответ. Фактическое генерируемое тепло будет таким же, если мощность одинакова, но тепло, которое мы чувствуем, зависит от материала.
Итак, en.wikipedia.org/wiki/Joule_heating не имеет значения в этом контексте? Почему?
В данном контексте это вообще не имеет значения!
я 2 р "=" В 2 р "=" В я "=" п ( п о ж е р )
Теплота пропорциональна Силе, которая, в свою очередь, равна всему вышеперечисленному. Вы можете просто переписать формулу, приведенную в Википедии, чтобы знать, что тепло прямо пропорционально мощности и времени.

Поскольку вы подтвердили, что маркировка на батареях, с одной стороны, 7,4 В 2000 мАч, а с другой — 11,1 В 1400 мАч, а также, учитывая, что я ничего не знаю о перчатках с подогревом, вы можете думать об этом следующим образом:

Аккумулятор 7,4 В 2000 мАч может обеспечить, скажем, 200 мА в течение 10 часов при напряжении примерно 7,4 В. Я говорю может, потому что фактический ток определяет нагрузка, подключенная к аккумулятору. И примерно потому, что при разряде напряжение несколько упадет.

Энергия, содержащаяся в полностью заряженной батарее 7,4 В 2000 мАч, также может быть выражена как 14,8 Втч (ватт-часы), и если нагрузка (нагревательные элементы) рассчитана на десять часов использования, подаваемая мощность составляет 1,48 Вт в течение этих десяти часов. . Если нагрузка рассчитана на 5 часов работы, то за это время батарея может обеспечить мощность 2,96 Вт.

Точно так же батарея 11,1 В 1400 мАч содержит 15,54 Втч, и опять же, если перчатки рассчитаны на десять часов использования, доступная мощность для этих десяти часов составляет 1,554 Вт. Если рассчитано на 5 часов использования, мощность на это время составляет 3,1 Вт.

Перчатки на 11,1 В нагревают ваши руки больше, потому что батарея может обеспечить немного большую мощность (если расчетное время использования равно) или из-за множества других факторов в конструкции перчаток.

ОП сказал, что второй комплект нагревается намного сильнее , поэтому разница менее 0,5% не годится.
@ L.Levrel Мы не знаем, на какую мощность рассчитаны два набора перчаток, или какие-либо другие конструктивные факторы, как я писал.

Вы уверены, что батареи имеют маркировку «2 А» и «1,4 А», а не «2 Ач» и «1,4 Ач»?

Батарея не имеет фиксированной интенсивности. Он имеет примерно фиксированное напряжение, а интенсивность зависит от сопротивления подключенной нагрузки. Поэтому обычно батареи имеют два числа: напряжение и емкость (обычно выражается в ампер-часах, 1 Ач = 3600 кулонов).

Если это действительно "2 А" и "1,4 А", то это написано на перчатках, а не на батарейках? Это будут номинальные/типичные интенсивности, при которых работают перчатки. Тогда ваши цифры верны, и остается ваш вопрос: почему набор на 2 нагрева больше?

Ну, восприятие тепла действительно субъективно. Если вы не помещали свои перчатки в калориметр для измерения мощности нагрева, вам следует спросить: почему набор 2 ощущается так, как будто он нагревается больше?

  • Возможно, теплоемкость комплекта 2 ниже, поэтому его температура быстрее нарастает при включении питания: они быстрее прогреваются, но в стационарном состоянии дадут меньшую мощность

  • Может быть, внешняя изоляция комплекта 2 лучше, так что он меньше теряет тепла в окружающую среду, и он действительно больше греет вас, несмотря на то, что потребляет меньше электроэнергии.

На этикетках аккумуляторов указана емкость 1400 мАч и 2000 мАч. В спецификациях на соответствующих сайтах указано 1,4 ампера и 2 ампера.
@Pythonistaanonymous, эти факты убедительно свидетельствуют о том, что тот, кто написал текст для веб-сайта, понятия не имел, как на самом деле работают обогреватели. Конечно, это может быть просто совпадение, но тогда, если эти характеристики верны, вы не должны ожидать, что любая пара перчаток будет оставаться теплой более часа. Это не очень много трасс на горнолыжном склоне. Это не первый случай, когда опубликованные «спецификации» в рекламе какого-либо продукта были полностью фальшивыми. Единственный способ узнать наверняка — подключить цифровой мультиметр и протестировать его самостоятельно.
@james large , по данным соответствующих веб-сайтов, перчатка на 12 В будет оставаться включенной около часа при максимальной мощности, а перчатка на 7,4 В - около часа. 2,5 часа на максимальной мощности. Поскольку генерируемая мощность очень похожа, я озадачен. Конечно, насколько мне известно, эти цифры могут быть совершенно неправильными!
Кроме того, производитель 12-вольтовых перчаток на несколько ломаном английском пишет, что ( gerbing.eu/en/products/12v-products/12v-batteries/… ): «Иногда клиент спрашивает нас, почему время работы 7-вольтовых перчаток с подогревом дольше, чем батареи 12-вольтовых перчаток с подогревом. Ответ на этот вопрос прост. Поскольку 12-вольтовая батарея должна питать 12-вольтовую перчатку, в гибридную батарею можно подавать меньше ампер для гибридных перчаток с подогревом».
@Pythonistaanonymous Если нагреватель с номинальной батареей 1400 мАч действительно потребляет постоянно 1,4 А в течение одного часа (несмотря на то, что напряжение батареи все время снижается), то следует ожидать, что он проработает один час. Если обогреватель с батареей 2000 мАч потребляет 2 А в течение одного часа, то и его хватит на один час. Мощность и напряжение не играют никакой роли в этом уравнении. Ампер-часы - это просто текущее время.
Прежде всего, спасибо всем за ваше терпение к тому, кто ничего не смыслит в физике! Итак, если цифры, указанные производителями, примерно верны, то перчатка на 7,4 В не генерирует 14,8 Вт мощности, потому что она никогда не потребляет 2 ампера, верно? Перчатка на 7,4 В должна работать 2,5 часа при максимальной настройке, поэтому при максимальной настройке она потребляет 0,8 А в час от своей батареи емкостью 2000 мАч. Это означает, что генерируемая мощность составляет 5,92 Вт (7,4 x 0,8 А), а НЕ 14,8 Вт! Это верно?
@Pythonista, да, ты очень прав! Точно так же, если батарея 12 В емкостью 1,4 Ач работает 1 час, перчатки потребляют 1,4 А. Таким образом, их мощность составляет 16,8 Вт. Вы нашли, почему они нагреваются намного сильнее!

Я прочитал некоторые ваши комментарии.

Объясняя почему ЧАС "=" я 2 р не получается

Если подавать одинаковую мощность в одно и то же время, будет иметь место одинаковый нагрев.

ЧАС "=" я 2 р здесь не работает, потому что R в двух случаях разные.

В "=" я р 1 7.4 "=" 2 р 1

р 1 "=" 3,7   Ом

Сходным образом ,

р 2 "=" 11.1 / 1,4 "=" 7,928   Ом

Теперь, если вы используете ЧАС "=" я 2 р т , вы получите правильный ответ.

Теперь поясню, почему Одна перчатка греется сильнее.

V, отмеченный на ячейке, является ЭДС.

Я отметил максимальный ток, который может быть подан (это связано с внутренним сопротивлением элемента).

Маркировка P означает максимальную мощность, которая может быть подана.

Таким образом, фактический ток, подаваемый в двух случаях, на самом деле различен.

В "=" я р

7.4 "=" я 1 р

я 1 "=" 7.4 / р

11.1 "=" я 2 р

я 2 "=" 11.1 / р

Четко, я 1 я 2

я 1 < я 2

Таким образом, подведенное тепло на самом деле отличается. Батарея *11,1*В дает больше энергии.

@MAFIA36790 Спасибо за ваше редактирование. Мне было интересно, как написать ом.