Beziehung zwischen erzeugter Wärme, Leistung, Strom und Spannung

Können Sie mir helfen, die Beziehung zwischen Strom, Spannung und erzeugter Wärme zu verstehen?

Ich habe zwei Sätze beheizbarer Handschuhe ausprobiert. Man verwendet eine Batterie, die 7,4 Volt x 2 Ampere (14,8 Watt Leistung) erzeugt. Der andere verwendet eine 11,1-Volt-x-1,4-Ampere-Batterie (15,54 Watt Leistung). Die erzeugte Leistung ist also ähnlich, aber die 11,1-Volt-Handschuhe erhitzen meine Hände viel mehr. Warum das?

Meine Erinnerungen an die Physik der High School sind weit entfernt, aber ich erinnere mich, dass man sich Elektrizität in Analogie zu einem Wassersystem vorstellen kann, wobei Volt der Wasserdruck, Strom (gemessen in Ampere) der Wasserfluss und der Widerstand die Größe des Rohrs sind , und Leistung (Watt) = Volt x Strom. Ich erinnere mich auch, dass die erzeugte Wärmemenge proportional zum Quadrat des Stroms ist, aber ich bin mir nicht sicher, wie ich alle Teile zusammensetzen und erklären soll, warum die 11,1-Volt-Handschuhe viel mehr Wärme erzeugen.

Was sagen die Etiketten auf den Handschuhen oder die Gebrauchsanweisung der Handschuhe über die Bewertung der Handschuhe aus?

Antworten (4)

Je mehr Leistung, desto mehr Wärme wird erzeugt.

P ( Leistung ) = v ICH
H ( in Joule ) v ICH T ( in s )
H ( in Joule ) P T ( in s )

Die 11,1-Volt-Handschuhe geben nicht mehr Wärme ab, nur weil sie mehr Potentialunterschied haben, sondern weil Leistung ist größer darin.

Es zählt also nur der erzeugte Strom? Zwei Batterien, die mit unterschiedlicher Spannung betrieben werden, aber die gleiche Leistung erzeugen, erzeugen die gleiche Wärme? Wie lässt sich das mit dem Joule-Effekt vereinbaren (erinnere ich mich richtig?), wobei die Wärme proportional zum Quadrat des Stroms ist?
v = ICH R
P = ( ICH R ) ICH
P = ICH 2 R
Sie können dasselbe mit dieser Formel tun, und Sie erhalten dieselbe Antwort. Die tatsächlich erzeugte Wärme ist die gleiche, wenn die Leistung gleich ist, aber die Wärme, die wir fühlen, hängt vom Material ab.
Also ist en.wikipedia.org/wiki/Joule_heating in diesem Zusammenhang irrelevant? Warum?
Es ist in diesem Zusammenhang überhaupt nicht unerheblich!
ICH 2 R = v 2 R = v ICH = P ( P Ö w e R )
Wärme ist proportional zur Leistung, die wiederum allen oben genannten entspricht. Sie können einfach die in Wikipedia angegebene Formel umschreiben, um zu wissen, dass Wärme direkt proportional zu Leistung und Zeit ist

Da Sie die Markierungen auf den Batterien einerseits mit 7,4 V 2000 mAh und andererseits mit 11,1 V 1400 mAh bestätigt haben und auch bedenkt, dass ich keine Kenntnisse über beheizte Handschuhe habe, können Sie sich Folgendes vorstellen:

Der 7,4-V-2000-mAh-Akku kann beispielsweise 200 mA für 10 Stunden bei ungefähr 7,4 V liefern. Ich sage kann , denn was den tatsächlichen Strom bestimmt, ist die an die Batterie angeschlossene Last. Und ungefähr , weil die Spannung während des Entladens etwas abfällt.

Die enthaltene Energie in einem voll aufgeladenen 7,4 V 2000 mAh Akku kann auch als 14,8 Wh (Wattstunden) ausgedrückt werden, und wenn die Last (die Heizelemente) für zehn Stunden Betrieb ausgelegt ist, beträgt die zugeführte Leistung 1,48 W Leistung für diese zehn Stunden . Wenn die Last für 5 Stunden Betrieb ausgelegt ist, kann der Akku für diese Zeit 2,96 W liefern.

Ebenso enthält der 11,1-V-1400-mAh-Akku 15,54 Wh, und wenn die Handschuhe für eine zehnstündige Verwendung ausgelegt sind, beträgt die verfügbare Leistung für diese zehn Stunden 1,554 W. Bei einer Nutzungsdauer von 5 Stunden beträgt die Leistung für diese Zeit 3,1 W

Die 11,1-V-Handschuhe heizen Ihre Hände stärker auf, da der Akku etwas mehr Leistung liefern kann (bei gleicher Nutzungsdauer) oder aufgrund vieler anderer Faktoren im Design der Handschuhe.

Das OP sagte, der zweite Satz heizt viel mehr , sodass ein Unterschied von weniger als 0,5% nicht ausreicht.
@L.Levrel Wir wissen nicht, für welche Leistung die beiden Handschuhsätze ausgelegt sind oder andere Designfaktoren, wie ich geschrieben habe.

Sind Sie sicher, dass die Batterien mit „2 A“ und „1,4 A“ und nicht mit „2 Ah“ und „1,4 Ah“ gekennzeichnet sind?

Eine Batterie hat keine feste Intensität. Es hat eine ungefähr feste Spannung, und die Intensität hängt vom Widerstand der angeschlossenen Last ab. Daher tragen Batterien normalerweise zwei Zahlen: Spannung und Kapazität (normalerweise ausgedrückt in Amperestunden, 1 Ah = 3600 Coulomb).

Wenn das wirklich "2 A" und "1,4 A" ist, steht das auf den Handschuhen und nicht auf den Batterien? Dies wären die nominellen/typischen Intensitäten, bei denen die Handschuhe funktionieren. Dann stimmen Ihre Zahlen, und es bleibt Ihre Frage: Warum heizt Satz 2 mehr?

Nun, das Wärmeempfinden ist wirklich subjektiv. Wenn Sie Ihre Handschuhe nicht in ein Kalorimeter gelegt haben, um die Heizleistung zu messen , sollten Sie sich fragen: Warum fühlt sich Set 2 so an, als würde es mehr heizen?

  • Möglicherweise ist die Wärmekapazität von Set 2 geringer, sodass seine Temperatur beim Einschalten schneller ansteigt: Sie werden schneller warm, liefern aber im stationären Zustand weniger Leistung

  • Vielleicht ist die Außenisolierung von Set 2 besser, sodass es weniger Wärme an die Umgebung abgibt, und es tatsächlich mehr heizt, obwohl es weniger Strom verbraucht.

Die Etiketten auf den Batterien geben 1400 mAh und 2000 mAh an. Die Spezifikationen auf den jeweiligen Websites geben 1,4 Ampere und 2 Ampere an.
@Pythonistaanonymous, diese Fakten deuten stark darauf hin, dass derjenige, der den Text für die Website geschrieben hat, keine Ahnung hatte, wie die Heizungen tatsächlich funktionieren. Natürlich kann es nur Zufall sein, aber wenn diese Spezifikationen stimmen, sollten Sie nicht erwarten, dass beide Handschuhe länger als eine Stunde warm bleiben. Das sind nicht sehr viele Abfahrten auf einer Skipiste. Es wäre nicht das erste Mal, dass die veröffentlichten „Spezifikationen“ in der Werbung für ein Produkt völlig falsch waren. Der einzige Weg, es sicher zu wissen, besteht darin, ein DMM anzuschließen und es selbst zu testen.
@james large , laut den jeweiligen Websites würde der 12-V-Handschuh bei maximaler Leistung etwa eine Stunde an bleiben, während der 7,4-Handschuh etwa eine Stunde an bleiben würde. 2,5 Stunden bei maximaler Leistung. Da die erzeugte Leistung sehr ähnlich ist, bin ich ratlos. Natürlich könnten diese Zahlen nach allem, was ich weiß, völlig falsch sein!
Außerdem schreibt der Hersteller der 12V-Handschuhe in leicht gebrochenem Englisch ( gerbing.eu/en/products/12v-products/12v-batteries/… ): „Manchmal fragen uns Kunden, warum die Laufzeit der 7-Volt-Heizhandschuhe so hoch ist länger als die Batterien der 12-Volt-Heizhandschuhe. Die Antwort darauf ist einfach. Da die 12-Volt-Batterie in der Lage sein muss, einen 12-Volt-Handschuh mit Strom zu versorgen, können weniger Ampere in eine Hybridbatterie für die Hybrid-Heizhandschuhe gesteckt werden.“
@Pythonistaanonymous Wenn die Heizung mit der nominellen 1400-mAh-Batterie wirklich eine Stunde lang konstant 1,4 A zieht (trotz der Batteriespannung, die die ganze Zeit abnimmt), sollten Sie damit rechnen, dass sie eine Stunde hält. Wenn die Heizung mit dem 2000 mAh Akku eine Stunde lang 2 A zieht, dann hält sie auch eine Stunde. Leistung und Spannung spielen dabei keine Rolle. Amperestunden sind nur die aktuelle Uhrzeit.
Zunächst einmal danke ich Ihnen allen für Ihre Geduld mit jemandem, der nichts von Physik versteht! Wenn also die Angaben der Hersteller in etwa stimmen, dann bringt der 7,4-V-Handschuh keine 14,8 Watt Leistung, weil er nie 2 Ampere zieht, oder? Der 7,4-V-Handschuh soll bei der höchsten Einstellung 2,5 Stunden halten, sodass er bei der höchsten Einstellung 0,8 A pro Stunde aus seinem 2000-mAh-Akku zieht. Das bedeutet 5,92 Watt erzeugte Leistung (7,4 vx 0,8 A), NICHT 14,8 W! Ist das richtig?
@Pythonista, ja, du hast sehr recht! Wenn die 12-V-Batterie mit einer Kapazität von 1,4 Ah 1 h hält, ziehen die Handschuhe 1,4 A. Ihre Leistung beträgt also 16,8 W. Sie haben herausgefunden, warum sie so viel mehr heizen!

Ich habe einige Ihrer Kommentare gelesen.

Erklären warum H = ICH 2 R klappt nicht

Wenn die gleiche Energie für die gleiche Zeit zugeführt wird, würde eine gleiche Erwärmung stattfinden.

H = ICH 2 R funktioniert hier nicht, weil R in zwei Fällen unterschiedlich ist.

v = ICH R 1 7.4 = 2 R 1

R 1 = 3.7   Ω

Ebenso

R 2 = 11.1 / 1.4 = 7.928   Ω

Nun, wenn Sie verwenden H = ICH 2 R T , erhalten Sie die richtige Antwort.

Nun, um zu erklären, warum ein Handschuh mehr erhitzt wird.

V markiert auf Zelle ist EMF.

Ich markiert ist der maximale Strom, der geliefert werden kann. (Dies ist auf den Innenwiderstand der Zelle zurückzuführen.)

P markiert ist die maximale Leistung, die geliefert werden kann.

Der tatsächlich in zwei Fällen zugeführte Strom ist also tatsächlich unterschiedlich.

v = ICH R

7.4 = ICH 1 R

ICH 1 = 7.4 / R

11.1 = ICH 2 R

ICH 2 = 11.1 / R

Deutlich, ICH 1 ICH 2

ICH 1 < ICH 2

Die zugeführte Wärme ist also tatsächlich anders. Und * 11,1 * V-Batterie liefert mehr Energie.

@MAFIA36790 Danke für deine Bearbeitung. Ich habe mich gefragt, wie man Ohm schreibt.