Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

6 frågor/svar hittade

Värme [20300]

Fråga:
Jag funderar på att ha ett gammalt kylskåp som "värmeskåp" över vintern, för varor som inte får frysa, typ målarfärg, skåpet är inte anslutet till 220 v, men om jag lägger in en vanlig glödlampa som avger värme, vilket watt tal måste jag ha om det blir -20 ute, skåpet är relativt nytt, och det funkar om man sätter i kontakten, Fråga 2: ett kylskåp kyler ju ner till ca 6 gr, men om det blir kallare utanför, ca20 minus, håller det plusgrader inne i skåpet ändå?
/Ulf M, Skellefteå

Svar:
1 Det går inte att besvara din första fråga eftersom temperaturdifferensen (och därmed värmeförlusterna) framför allt beror av isoleringsförmågan. Det bästa du kan göra är att helt enkelt pröva olika Watt-tal.

2 Nej, kylskåp är inte konstruerade för detta. Kylskåpet har en termostat som slår av när temperaturen är lägra än 4-6 grader. Man måste då vända på funktionen och köra kylskåpet som en värmepump.

Se även Heat_pump och Refrigerator .

Nyckelord: värmepump/kylskåp [6];

*

Värme [20095]

Fråga:
Hej, så där i mitten på sjuttiotalet lämnade jag LTH och V-sektionen. En bra utbildning må jag säga, inte minst i fysik.

Men nu har jag kört fast i tanken. Allmänna Gaslagen räcker inte till. Eller rättare skrivet - jag räcker inte till.

I vår villa har vi som många andra en luftvärmepump. (Ett som jag förstår omvänt kylskåp.)

Jag tänker så här att under i övrigt lika villkor rymmer fuktig luft mer energi än torr luft. Och då skulle det kunna vara så att om man komprimerar den fuktiga luften så får man ut mer energi än när man komprimerar en torr luft. Min fråga är enkel. Stämmer detta, eller finns det något annat sätt att resonera.

Det verkar vara så att fuktig luft ger mindre energi än torr luft?! Glad Hälsning SiN
/sten inge n, LTH, Lund

Svar:
Hej f.d. LTHaren Sten Inge!

Gaslagen gäller ju bara för en ideal gas. Å andra sidan så uppför sig även fuktig luft som en ideal gas så länge vattenångan inte kondenserar.

En ideal gas är en modellering där man antar att gasen består av ourskiljbara partiklar och där den enda växelverkan partiklar emellan, eller med den behållare de eventuellt är instängda i, är via elastiska kollisioner, se fråga 16511 .

Relativ luftfuktighet är ett mått på andelen vattenånga som finns i luften. Andelen vattenånga anges (i %) i förhållande till den maximalt möjliga mängden vattenånga vid aktuell temperatur, den så kallade mättnadsånghalten, se Mättnadsånghalt och nedanstående figur.

Jag kan inte hitta några uppgifter om att luftfuktigheten skulle påverka effektiviteten (COP) hos en värmepump. Luft kan innehålla en hel del vattenånga utan att den kondenseras. Vid kondenseringen frigörs värme, men man vill naturligtvis inte ha någon kondensering inomhus. Så länge värmepumpen är i uppvärmningsläge blir ju dessutom luften varmare, så relativa luftfuktigheten minskar.

När det gäller ute-delen av värmepumpen så kan vatten kondenseras och frysas på förångaren. Detta frigör visserligen lite värme men en mer varaktig effekt är nog att vattnet/isen försämrar värmeutbytet med omgivningen. (Se fråga 18257 för beskrivning av hur värmepumpen fungerar. Själva värmepumpen är ju ett slutet system med en lämplig gas/vätska, så luftfuktigheten bör inte påverka COP.)

Slutresultatet blir alltså att luftfuktigheten normalt inte påverkar effektiviteten utom när det är kallt ute då fukten kan kondensera och frysa på förångaren. Men en luft-luft värmepump är ändå ganska ineffektiv när det är riktigt kallt ute.



/Peter E

Nyckelord: gaslagen, allmänna [21]; värmepump/kylskåp [6];

*

Värme [19554]

Fråga:
Om termodynamikens andra huvudsats
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej. Dök upp en "rolig samling elevsvar" på nätet med bl a en fysikfråga och ett kul svar. Vill dock gärna veta det riktiga svaret för att kunna gå vidare i livet. Frågan löd ungefär: världens hav innehåller värme. En ingenjör designade en oceanångare som skulle utvinna värme vid T2=10 grader C och avge värme ut i atmosfären vid T1=20 grader C. Ingenjören fick sparken. Varför?
/Ingela O

Svar:
Ja, det kan man fråga sig! Som det är formulerat är det inget annat än en värmepump. Med en värmepump kan man genom att utföra arbete överföra mer värme än tillfört arbete från en kall reservoar till en varm, se fråga 18487 och 18257 .

Värmefaktorn (COP, Coefficient Of Performance) för en värmepump ges för en ideal process (Carnot) av

COP(värmepump) = TH/(TH-TC)

Om man sedan vill använda värmen från den varma reservoaren för en motor (värmemotor) som kan driva oceanångaren så är verkningsgraden

h = (TH-TC)/TH

(se fråga 15817 )

Om vi nu seriekopplar värmepumpen och motorn får vi den totala verkningsgraden

COP*h = 1.

Detta betyder att vi får ut precis den effekt vi puttar in. Observera att vi hela tiden talar om ideala processer utan förluster. I verkligheten vore ovanstående framdrivningsmetod vara mycket olönsam.

Se fråga 15733 för mer om termodynamikens huvudsatser och evighetsmaskiner. Länk 1 innehåller en ganska enkel framställning om termodynamikens andra huvudsats:

So the second law, in words, is just the statement that these two things are impossible. that is:

1. It is impossible for heat to move spontaneously from a cold body to a hot body with no other result.

2. It is impossible to convert heat quantitatively into work with no other result.

The latter statement is sometimes phrased: "It is impossible to make a perpetual motion machine of the second kind." (A perpetual motion machine of the second kind is a machine that converts heat into work without doing anything else. Imagine an ocean liner that scoops up liquid water out of the ocean, pulls the heat out of the water and uses it to power the ship, and dumps the left-over ice cubes out the back of the ship.)

Note that a perpetual motion machine of the second kind would not violate the first law. Energy would be conserved because any heat extracted would be converted into work.

The second law is why automobiles have radiators. Someone might ask why we throw away all that energy that dissipates from the radiator. Why not capture the energy and use it do decrease our gas mileage? The answer is that if you don't dissipate the heat the engine burns up, as you would quickly find out if you bypassed the radiator with a hose or if you drained the coolant from the radiator.


/Peter E

Nyckelord: värmepump/kylskåp [6]; termodynamik [16]; evighetsmaskin [12];

1 http://www.chem.arizona.edu/~salzmanr/480a/480ants/2ndlaw1/2ndlaw1.html

*

Värme [18487]

Fråga:
Frysa vatten med värmepump för uppvärmning
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej. Jag fick en liten fundering. Vi har en elslinga i köksgolvet hemma. Den ger värme av direktverkande el. Nu undrar jag om jag skulle skulle "vinna energi" om jag istället för att använda energin i elslingan, satte in 2 st 10-litershinkar med vatten i frysen. Energin som ligger lagrat i vattnet borde transporteras ut i rummet och jag kan kasta ut isen på gräsmattan. Håller detta resonemang? Tack. /Peter
/Peter N, Skoghall

Svar:
Kul fråga Peter! Det du föreslår är att använda kylskåpet som en värmepump med vatten direkt från kranen som värmereservoir.

En värmepump är en teknisk anordning som överför värme från en kall till en varm plats (Värmepump ).

Enligt termodynamikens andra huvudsats, se fråga 15733 , kan värme bara gå från varmt till kallt. Man kan emellertid komma ifrån detta om man på ett fiffigt sätt utför ett arbete. Detta är vad ett kylskåp gör: med hjälp av energi från en elektrisk motor "pumpas" värme från en kall reservoir (kyl/frys utrymmet) till en varm reservoir (luften bakom kylskåpet). En värmepump är konstruerad precis som ett kylskåp, enda skillnaden är att det är den varma reservoiren som är den intressanta.

Ditt förslag är alltså att använda hinkar med vatten som din kalla reservoir. I normala fall använder en värmepump t.ex. uteluften eller marken i trädgården som kall reservoir.

Vi kan för att definiera storheter rita en schematisk figur på processen, se nedan. Vi har en kall reservoir (blå), en varm reservoir (röd) och en motor som utför arbete. Q är värmemängder och W är den till motorn tillförda (elektriska) energin.

Den optimala processen är vad som kallas Carnot-processen, så vi antar vi har en förlusfri sådan.

Värmefaktorn (COP, Coefficient Of Performance) för en värmepump definieras som

COP(värmepump) = (det vi vill ha)/kostnaden = QH/W

På analogt sätt kan vi definiera kylfaktorn för en kylmaskin

COP(kylmaskin) = (det vi vill ha)/kostnaden = QC/W

Men totala energin bevaras så

QH = QC + W

dvs

COP(värmepump) = QH/(QH-QC)

För Carnot-processen gäller (Coefficient_of_performance ) att entropin dQ/T är konstant varav följer

QC/TC = QH/TH

dvs

COP(värmepump) = TH/(TH-TC)

Låt oss för enkelhets skull anta vi utgår från nollgradigt vatten och att den varma reservoiren är 50o. Vi får då värmefaktorn

COP(värmepump) = (50+273)/(50) = 6.46

Smältvärmet för vatten är (fråga 14203 ) 333 kJ/kg. Låt oss räkna på 1 kg (=1 liter) vatten:

QC = 333 kJ

COP = 6.46 = QH/(QH-333)

6.46 QH -333*6.46 = QH

QH = 394 kJ

W = QH - QC = 61 kJ

Så med en insats på 61 kJ (elmotorn) får vi ut 394 kJ! Det låter som trolleri, men är faktiskt sant.

Låt oss kontrollera den totala entropin i varma och kalla reservoirerna

S = QH/TH + (-QC)/TC

S = 394/(50+273) - 333/273 = 0.00

vilket är som det skall vara för en Carnot-process.

Nu kan vi räkna ut om din idé är realistisk. Låt oss anta du behöver 5 kW 50 gradigt vatten för uppvämning. 1 kg vatten räcker då

394[kJ]/5[kJ/s] = 78.8 s

Du behöver alltså ställa in en tiolitershink med vatten ungefär var tionde minut! Och det är med en ideal process, en verklig process skulle ha betydligt mindre COP, i bästa fall 30-50% av den ideala.



/Peter E

Nyckelord: värmepump/kylskåp [6]; termodynamik [16]; verkningsgrad [20];

*

Värme [18257]

Fråga:
Hur fungerar en värmepump?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Kan du hjälpa mig med denna frågan? Känna till principen (mycket enkelt) för hur ett kylskåp och en värmepump fungerar
/Derya B, Komvux, Kungälv

Svar:
En värmepump och ett kylskåp är i princip samma sak. Enda skillnaden är att för kylskåpet är det den kalla delen som är av intresse och för värmepumpen är det den varma delen.

Enkelt uttryckt skapar man den kalla delen genom att låta en gas expandera eller en vätska förångas. Dessa processer kostar energi, så mediet kyls ner. Sedan kondenseras mediet i den varma delen med en kompressor (pump). Köldmediet (propan, ammoniak eller tidigare freoner) genomgår alltså i en kretsprocess och skapar en kall och en varm del. Energi tillförs systemet med en (vanligen elektrisk) motor.

Principen framgår av nedanstående figur från Heat_pump (New version of the figure with the arrow in the evaporator coil reversed to show correctly the heat transfer from outside environment to the inside fluid).

1 Kondensor (varm)
2 Strypanordning
3 Förångare (kall)
4 Kompressor

Vi har två sidor, den varma (1) och den kalla (3). För ett kylskåp är den kalla delen inne i skåpet och den varma delen utanför (kopparrör bakom skåpet). För en luftvärmepump är den kalla delen ute och den varma delen inne.

Kompressorn drivs av en elektrisk motor och rörsystemet innehåller ett gasformigt/flytande kylmedium som cirkulerar i röret.

Kompressorn (4) komprimerar gasen varvid temperaturen stiger (samma effekt som gör att en cykelpump blir varm). När gasen kondenserar frigörs ytterligare energi och temperaturen stiger ytterligare.

Strypanordningen (2) låter kylmedlet expandera, varvid temperaturen sjunker. Temperaturen sjunker ytterligare för att det går åt energi när kylmedlet övergår till gasform.

Man "pumpar" alltså värme från den kalla delen till den varma. Detta kan inte ske spontant eftersom termodynamikens andra huvudsats (Termodynamikens_huvudsatser ) säger att värme går från en varmare kropp till en kallare om man inte tillför arbete. Det är den elektriska motorn som genom mekaniskt arbete driver kompressorn som får värmen att gå "åt fel håll".

När det är varmt kan man med en vanlig värmepump åstadkomma kylning genom att helt enkelt pumpa kylmedlet i andra riktningen så att 1 (inne) blir kallt och 3 (ute) blir varmt.

För att sprida värmen/kylan effektivt har man en fläkt både inne och ute.

Se även fråga 14245 , Värmepump och Heat_pump .



/Peter E

Nyckelord: värmepump/kylskåp [6]; *vardagsfysik [60];

*

Värme [14245]

Fråga:
Hej jag undrar vilka likheter som finns mellan bergvärme och ett kylskåp?
/mattias j, Valboskolan, Färgelanda

Svar:
Bergvärme är en form av uppvärmningsenergi som utvinns ur grundvattnet i berggrunden. På de relativt ringa djup som aktualiseras vid nyttjandet av bergvärme håller berggrunden samma temperatur som grundvattnet. Grundvattnet har i sin tur ursprungligen värmts upp av solen i den allra översta delen av jordskorpan, vid markytan och i de översta delarna av jordlager och berg när samma vatten befann sig vid jordytan. Vatten i närliggande hav och större sjöar som värmts upp av solen bidrar också till grundvattnets temperatur. Se vidare Bergvärme .

En liknande metod är markväme: Markvärme är en form av uppvärmningsenergi som utvinns ur varm jord i marknivå med hjälp av ett flytande medium som cirkulerar i ett rörsystem beläget strax under markens ytskikt, på ca 1–1,5 meters djup.

Bergvärme och markvärme är alltså två mycket snarlika begrepp.

Geotermisk energi är energi som är lagrad i jordskorpan. Den geotermiska energin har sitt ursprung i den energin som bildades vid jordens formation och från sönderfall av radioaktiva grundämnen i jordskorpan.

Geotermisk energi kommer alltså från jordens inre medan bergvärme och markvärme från solstrålning under varma årstider.

För att utnyttja bergvärme använder man en värmepump. Det gör ett kylskåp/frys också, skillnaden är att den intressanta detaljen i ett kylskåp är den kalla sidan och i en värmepump är det den varma sidan. Principen för värmepumpar uppfanns av Lord Kelvin (1824-1907).

Se Värmepump för en bra beskrivning av hur en värmepump fungerar (bilden nedan är från denna sajt). How Refrigerators Work innehåller mycket information om kylskåp. Länk 1 är en kort fysikalisk beskrivning. Se även Kylskåp .

Fundera: Blir det varmare eller kallare i köket om man lämnar kylskåpsdörren öppen?

Observera att effekten som krävs för kylning är relaterad till differensen i temperatur mellan kylutrymmet och kondensorn. Det är alltså mer energieffektivt att ha frysen i ett rum som är kallt eftersom man i en frys vill ha c:a -18oC.



/Peter E

Nyckelord: värmepump/kylskåp [6];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/refrig.html#c2

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.