Напередодні літа, відключили гарячу воду, причому судячи з усього надовго. Мати спантеличила мене вибором проточного водонагрівача - отака коробочка з краном яка пропускає через себе воду і нагріває.
Покопався в каталогах, з'ясувалося що вони бувають різної потужності, від 2 кВт до 15 кВт, причому чим потужніший, тим дорожче, і при більш високих потужностях потрібно тягнути окрему лінію від електрощитка.
Нам же, зрозуміло, треба подешевше, в ідеалі в районі пари тисяч рублів, і щоб без зайвого геморою, так як користуватися будемо тільки поки свою гарячу воду не включать.
Знайшов красеня з хорошим брендом і відгуками за дві з половиною тисячі рублів і потужністю 3.5 кВт. Ті хто вже користувався, пишуть що штука чудова і робить що нам треба, за однієї умови - температура води з водопроводу повинна бути не нижче 18 градусів, інакше нагрівача просто не вистачить потужності.
Тобто, якщо у нас вода виявиться така холодна, в зв'язку з обмеженнями по потужності і бюджету, нам взагалі немає сенсу купувати подібний водонагрівач.
Помацав воду - холодна. Не зрозуміло. Потрібно вимірювати.
Пошукав градусник - знайшов простий людський, зі шкалою від 35 до 42 градуса. Їм не виміряти. З дому виходити і шукати де-небудь інший градусник - ліниво.
Поскріпел мізками і пригадав шкільний курс фізики про питому теплоємність - кількість енергії, яке потрібно повідомити одному кілограму речовини щоб підняти його температуру на один градус.
Вирішив, що вимірявши час за яке наш чайник закип'ятити літр води - тобто підніме її температуру до 100 градусів, знаючи потужність чайника, вийде обчислити вихідну температуру.
Формула питомої теплоємності:
Де C - питома теплоємність. Теплоємність води взяв на вікіпедії.
C = 4,187 кДж / кг * Кельвін
m - маса речовини. У нашому випадку все просто, 1 літр води має масу в 1 кг.
dT - дельта Т - різниця температур.
dT = 100 # xB0; - T, тобто температура кипіння мінус вихідна температура, яку ми і намагаємося знайти.
Q - кількість теплоти, Дж. У нашому випадку передача теплоти відбувається не миттєво, а протягом часу. Через брак інших варіантів, спрощуємо:
де P - потужність чайника в Ватах (1 Ватт = 1 Дж / 1 сек),
а t - час до кипіння.
Мій молодший брат фанатіє від подібної побутової фізики, тому пояснив йому що ми робимо, дав секундомір, "блокнот дослідника" і посадив вимірювати вічність - чекати поки закипить чайник, в який я акуратненько налив 1 літр води з під крана.
Виміряли час t як 3 хвилини 26 секунд, або 206 секунд.
Підставами всі наші дані в формулу:
4,187 кДж / кг * Кельвін = 2 кВт * 206 сек / 1 кг * (100 # XB0; C - T # XB0; C)
100 - T = 2 * 206 / 4,187
T = 100 - 98,4 = 1,6 # XB0; C.
Щось явно не те. Вода, звичайно, холодна, але не крижана ж!
Ну, з самого початку було зрозуміло що метод обчислення далекий від ідеалу, бо електрочайник не має коефіцієнт корисної дії в 100%. Це він з електромережі забирає 2 кВт, а скільки доходить до води?
У цей ККД так само входить тепло, яке вода розсіює поки чайник її нагріває.
Не кажучи вже про те, що вода має різну питому теплоємність при різних температурах.
Таким чином, в нашу формулу теплоємності поруч з потужністю чайника додається ще одне невідоме - ККД:
З = P * t * ККД / m * dT
Відразу розумію, що для того щоб обчислити це ККД, потрібно дізнатися за який час чайник піднімає воду відомої температури до ста градусів. Тобто, як висловився мій брат, "щоб обчислити температуру води, треба знати температуру води".
Єдине пристрій вимірювання в будинку - згаданий градусник з крихітної шкалою, і їм можна виміряти тільки температуру води близьку до температури людського тіла.
Рішення підказала мама - розбавляти холодну воду окропом, поки вода на дотик не здаватиметься нейтральної, і вже тоді вимірювати температуру градусником.
Так і зробили, використавши салатницю як проміжну ємність. Виміряли. вийшло 38 # XB0; C.
Акуратно перелили 1 літр води в чайник і виміряли час до кипіння: 2 хвилини 42 секунди, або 162 секунди. Знову підставляємо все в формулу і обчислюємо ККД:
З = P * t * ККД / m * dT
4,187 = 2 * 162 * ККД / 1 * (100 - 38)
ККД = 4,187 * 62/324 = 0.8, або 80%. Непогано, до речі, і в рамках очікуваного.
Тепер коли ККД відомо, ми можемо знову обчислити температуру води з під крана:
4,187 = 2 * 202 * 0.8 / 1 * (100 - T)
100 - T = 323,2 / 4,187
T = 100 - 77,2 = 22.8 # XB0; C.
Вуаля. Тепліше, ніж я очікував, але в принципі схоже на правду. Знаю, що по суті фігня, але все одно ходив самовдоволений залишився день, ось вирішив і перед Пікабіа випендритися.
показується як можна виміряти за допомогою сиру довжину хвилі мікрохвильового випромінювання СВЧ печі.
Подібним чином можна використовувати і сосиску, тільки це має бути довга, повнорозмірна сосиска.
Ріжемо сосиску на скибочки і викладаємо на тарілку у формі квадрата якомога більш рівномірно, щоб всі шматочки були однакові за розміром і не було прогалин.
Робимо так щоб тарілка в мікрохвильовці НЕ крутилася і гріємо нашу сосиску.
Через тонкощів роботи мікрохвильовки, сосиска прогріється нерівномірно. Вимірюємо відстань між двома найближчими епіцентрами прогріти (або непрогрітій, байдуже). Це і буде довжина хвилі.
Потім довжину хвилі множимо на частоту роботи магнетрона СВЧ печі. Результат дорівнює швидкості світла.
Частоту магнетона шукаємо або в технічних характеристиках мікрохвильовки, або використовуємо західний стандарт в 2.45 ГГц.