Wie viel Wärmeenergie gibt eine Wärmeflasche ab?
in Watt
In Watt?
Ja Wärmeleistung
Watt denn nu, Energie oder Leistung?
In dem Fall Leistung!
5 Antworten
Die Wärmeleistung eines Körpers hängt maßgeblich ab von dem Temperaturgefälle zur Umgebung (bei der Wärmflasche also zwischen Wasser und Umgebungsluft), der Masse des Körpers (hier Wasser), der Wärmeleitfähigkeit des Körpers (hier jeweils für Wasser und Behälter) und besonders von der Formgestaltung und der Oberfläche. Wegen der inneren Konvektion ist auch der Aggregatzustand zu berücksichtigen (hier flüssig). Auch die innere Konvektion ist von der Form des Behälters abhängig. Letztlich müsste man sich auch vorab darüber verständigen, wann die Flasche als "abgekühlt" gelten soll, z.B. bei 18,634 °C oder 5 Stunden später bei 18,635 °C. Denn theoretisch dauert der Temperaturausgleich ja ewig, weil die Differenz asymptotisch gegen null geht.
Die halbwegs seriöse Berechnung im Einzelfall ist aufwändiger und schweißtreibender als die Beobachtung mit Uhr und Thermometer, wenn die Wärmemenge (Energie) ermittelt ist.
Hättest Du nicht nach der Wärmeleistung gefragt, sondern nach der Wärme-Energie (z.B. in Joule, Wattsekunden oder Kilowattstunden), dann wäre meine Antwort sehr kurz, einfach und unkompliziert ausgefallen.
Das kann man nicht generell sagen! Es hängt ab
- von der Grösse der Flasche
- von der Anfangstemperatur
- von der Umgebungs- (=Ziel-)Temperatur
- und ganz wesentlich: WAS wärmst du damit? Also wie schnell entziehst du ihr die Wärme. Denn Leistung ist Energieumwandlung pro Zeit. Wenn du die Flasche einpackst/isolierst, hält die Wärme länger, sie gibt aber logischerweise weniger Energie pro Zeit ab. Mögliche Überschlagsrechnungen haben dir ThomasJNewton und Unterholz aufgezeigt.
Man könnte den Wärmestrom berechnen, aber das ist mit einigen Unbekannten belegt. Die Wärmeabgabe hängt von vielen Einflüssen ab. Weiter… der Temperaturausgleich läuft mit einer e-Funktion und damit ist die abgegebene Wärmeleistung nicht konstant. Wir machen eine Schätzung:
1l Wasser mit 80gradC kühlt auf 30Grad innerhalb von 8 Stunden ab. Damit kriegen wir die mittlere Wärmeleistung.
Cwasser=4,2 kJ/kg/K
Energie in der Flasche. 1kg *4,2 kJ/kg/K * 50K = 210kJ. … in 8*3600s = 28800s
damit: Leistung = 210000J/28800s = 7,3Nm/s = 7,3W
Die Rechnung basiert aber auf einer sehr groben Schätzung! Und selbst die lässt sich nicht linear hochrechnen auf eine andere Wassermasse, weil die Oberfläche nicht proportional zum Volumen wächst. Und im Einzelfall ist besonders die Oberflächengestaltung der Flasche maßgebend.
In Watt wird die Leistung angegeben, also Energie (in diesem Fall Wärmeenergie) pro Zeit. Die Einheit der Energie ist das Joule und ein Watt ist ein Joule pro Sekunde.
In physikalisch heißt das 1 W = 1 J/s.
Die Wärmeabgabe hängt von der Wassermenge, der Wassertemperatur und auch von der Isolierung, ab, man wickelt Wärmflaschen ja ein.
Man könnte eine Beispielrechnung aufmachen. Wie viel Energie nötig ist, um etwas um ein Grad zu erwärmen, hängt von der Menge und vom Stoff ab. Die selbe Wärmemenge wird natürlich beim Abkühlen wieder frei. Diese Stoffeigenschaft heißt spezifische Wärmekapazität und hat für Wasser einen sehr hohen Wert von 4180 Joule pro Grad und kg.
Nehmen wir an, du füllst 1 kg (gut einen Liter) 90 °C heißes Wasser ein und das kühlt sich auf 30 °C, die am Ende hoffentlich unter der Bettdecke herrschen. Dann wird eine Warmeenergie von 4180*1*60 J frei. Nehmen wir an, das ganze dauert eine halbe Stunde (1800 s), dann ist Wärmeabgabe 160 J/s oder 160 W. Das natürlich im Mittel, anfangs erfolgt die Wärmeabgebae schneller, später langsamer.
Das hängt von so vielen Einzelheiten ab, daß man es am besten durch Messung herausfindet.
Die Temperatur des warmen Wassers messen.
Die Wärmflasche mit dem warmem Wasser füllen. Die eingefüllte Wassermenge m messen.
Sie dann an ihrem Einsatzort für z.B. 2 Stunden liegen lassen.
Sie wieder hervorholen und nun die Wassertemperatur messen.
Die Wassermenge m mal die spezif. Wärmekapazität des Wassers c mal Temperaturabnahme ΔT durch die Zeitspanne Δt ergibt die während dieser Zeitspanne abgegebene durchschnittliche Leistung P.
P = m * c * ΔT/Δt