Как найти сколько энергии было затрачено

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

---

---

Для измерения количества затраченной организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию.

Прямая калориметрия заключается в том, что учитывается количество тепловой энергии, которую человек отдает в окружающую среду. Для этой цели человека помещают в камеру, стенки которой не проводят тепло. По потолку проходит система трубок с проточной водой. Измеряют температуру втекающей и вытекающей воды; зная разность температуры и количество протекшей воды, определяют количество калорий, которые были выделены организмом и пошли на нагревание воды.

Непрямая калориметрия

Является наиболее простым и доступным методом определения затраченной энергии.

Метод основан на исследовании газообмена, т.е. на определении количества поглощаемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа.

Для этой цели человек берет в рот специальный мундштук (загубник) или ему на лицо надевают специальную маску. Загубник или маска соединены с мешком из прорезиненной ткани. Система клапанов, которые имеет загубник или маска, устроена так, что исследуемый вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает его в мешок. В такой мешок собирают выдыхаемый воздух в течение некоторого времени, обычно в течение 5 минут (рис).

Затем из мешка берут пробу воздуха (100-200 мл), в котором при помощи специального прибора – газоанализатора определяют количество кислорода и углекислого газа.

Пропуская содержимое мешка через газовые часы, определяют объем выдохнутого воздуха в течение 5 минут. Зная объем выдохнутого воздуха в течение 5 минут, можно рассчитать количество выдыхаемого воздуха в течение часа или суток. Зная состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, можно рассчитать количество поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа, что даст возможность установить при дальнейших расчетах количество затраченной человеком энергии.

Дыхательный коэффициент

После определения количества поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа определяют дыхательный коэффициент.

Дыхательным коэффициентом называется отношение объема выдохнутого углекислого газа к объему поглощенного кислорода, т.е. СО2 / О2

Величина дыхательного коэффициента при употреблении разных пищевых веществ различна.

Так, дыхательный коэффициент при окислении углеводов равен 1,0, при окислении белков – 0,8, а при окислении жиров – 0,7.

Расчет дыхательного коэффициента рассмотрим на примере углевода:

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2+6Н2О

Для окисления одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул кислорода; в результате окисления образуется 6 молекул СО2 и 6 молекул Н2О. Отсюда: 6СО2 / 6О2

При смешанной пище, которую обычно употребляет человек, дыхательный коэффициент колеблется в пределах 0,85-0,9.

При окислении белков, жиров и углеводов при поглощении 1 л кислорода будет освобождаться разное количество энергии. Следовательно, при разном дыхательном коэффициенте количество освобождающихся калорий при поглощении 1 л кислорода будет различным.

Эта зависимость между дыхательным коэффициентом и количеством энергии, которая образуется при поглощении 1 л кислорода, видна в табл.

Определение расхода энергии по газообмену

Определив, как было описано выше, количество потребленного кислорода и выдохнутого углекислого газа, узнают дыхательный коэффициент. Установив величину дыхательного коэффициента, выясняют по таблице, сколько калорий образуется при потреблении 1 л кислорода при данном дыхательном коэффициенте. Найденное число умножают на количество литров потребленного кислорода.

Полученная цифра показывает количество образовавшейся теплоты при данном дыхательном коэффициенте за определенное время.

Поясним это примером. Допустим, что испытуемый человек за 5 минут вдохнул 1500 мл кислорода и выдохнул 1275 мл углекислого газа. Дыхательный коэффициент у него будет 1275/1500=0,85.

Количество энергии, которое освобождается при потреблении 1 л кислорода при дыхательном коэффициенте 0,85 равно 4,863 большой калории.

За 5 минут испытуемый вдохнул 1500 мл (1,5 л); следовательно, энергии образовалось 4,863*1,5=7,29 большой калории.

Таким образом, за 5 минут израсходовано 7,29, за час – 7,29*12=87,48 и за сутки – 87,48*24=2099,52 большой калории.

Источник: Физиология. Маркосян А.А. Изд-во «Медицина», М.: 1969

Вычисление полезной работы через КПД

Измерять КПД принято в процентах. Например, КПД 35%, означает, что почти две трети энергии пошли на ненужные траты, стали рассеянным в пустую теплом, были потрачены на истирание деталей машины, образование искр и т. п.

Важно. 35% совсем не плохой КПД. У паровозов первой половины 20 века он составлял всего 10%. Лишь одна десятая образующегося при сгорании топлива тепла шла на перемещение состава, остальное рассеивалось в атмосфере. Среднеэксплуатационный КПД у современных тепловозов 20-22%. КПД машин на бензиновом ДВС равен 25%. КПД дизеля – 33%. Хорошо на этом фоне выглядит КПД электромобилей. Он у них около 90%.

В формуле нахождения полезной работы да в физике в основном КПД обозначают буквой из греческого алфавита η (эта).

Полезная работа в физике и ненужные траты энергии

Прежде чем говорить о том, как найти полезную работу в физике, следует сказать о ней самой. Дело в том что полезная работа в физике – величина очень даже субъективная. Она напрямую связана с человеческим восприятием, с тем, чего нам нужно получить от системы. Поэтому часто, когда говорят о КПД, имеют в виду различные технические устройства, а не природные объекты.

Хотя технологии постоянно развиваются избежать значительных потерь энергии всё же не удаётся. Получается, что:

Aзатр > Aполез

Aзатр – затраченная работа, Aполез – полезная работа, та что идёт на осуществление нужного нам процесса.

Как бы мы ни пытались уменьшить ненужные потери энергии, полностью от них избавиться не получиться. Непреодолимой преградой для этого является первый закон термодинамики. Из него явственно следует, что КПД любого устройства и механизма ни при каких обстоятельствах не может быть больше единицы и даже стать равным ей.

Мощность представляет собой работу, совершённую за единицу времени. В связи с этим КПД можно посчитать как отношение входной мощности системы к выходной. Т. е.

η = Pвх/Pвых.

Как найти полезную работу в физике используя формулы для разных физических процессов

Вид формул, как найти полезную работу в физике, зависит от природы физических явлений, использующихся для преобразования затраченной энергии в нужную.

Как найти полезную работу в физике механической системы

Лучше всего это показать на конкретном примере. Допустим, нам требуется найти КПД процесса, при котором мальчик вкатывает санки весом 4 кг на горку длиной 12, высотой 2 м. Он прикладывает для этого силу, равную 15 Н.

Решение:

Напомним, что общая формула для КПД

η = (Aполез/Aзатр) * 100%

Aполез в нашем случае равна потенциальной энергии (Eп), которую нужно потратить на то, чтобы поднять санки на высоту, т. е.  Aполез = m*g*h.

Затраченная мальчиком работа равна произведению силы на перемещение, т. е. Aзатр = F*S.

Подставляем в общую формулу для КПД

η = (m*g*h*100)/(F*S)

При подстановке численных значений получаем

η = 4*9,8*2/15*12 * 100% = 78,4/180 * 100% ≃ 43,6 %

Из этого примера ясно, чему равна полезная работа в физике механической системы, выраженная через КПД.

Формула полезной работы в физике термодинамической системы

Именно по ней судят об эффективности тепловых машин. Допустим, нам нужно отыскать КПД тепловой машины, рабочее тело которой берёт от нагревателя 20кДж, а холодильнику отдаёт 10кДж.

Решение:

Тепловая машина работает следующим образом: нагреватель передаёт определённое количество теплоты рабочему телу, оно из-за этого расширяется, совершая тем самым механическую работу. Однако в последнюю переходит далеко не вся часть переданной тепловой энергии. Чтобы вернуть систему в исходное состояние и начать новый цикл приходится использовать холодильник.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что Aполез равна разности энергии взятой от нагревателя и энергии, забранной холодильником, т. е.

Aполез = Qнагревателя – Qхолодильника

Затраченная работа равняется количеству той теплоты, которая была сообщена нагревателю.

Если всё это подставим в формулу для КПД, то получим

[eta=(text { Qнагревателя }-text { Qхолодильника })^{*} 100 / text { Qнагревателя }]

После подстановки численных значений будем иметь

η = (20 – 10)/20*100% = 50%

Теперь ясно, как определить полезную работу в физике термодинамической системы.

Формула полезной работы в физике электродинамической системы

Очень важный класс явлений. Каждый день все пользуются самыми разными электрическими устройствами: телевизором, компьютером, телефоном и т. д. Но мы рассмотрим случай попроще. Вычислим КПД электрического чайника. Допустим воде было передано 22176 Дж тепла за 2 мин. Напряжение в электросети стандартное 220 В. Сила тока равняется 1,4 А.

Решение:

Aполез будем считать работу, которая пошла на нагрев воды. Хотя она нам и дана из условия, формулу вспомнить всё равно не будет лишним.

• Q = cm(tконечная-tначальная)
• Q — количество теплоты [Дж]
• c — удельная теплоёмкость вещества [Дж/кг*˚C]
• m — масса [кг]
• tконечная — конечная температура [˚C]
• tначальная — начальная температура [˚C]
• Работа тока вычисляется по формуле
• A = (I^2)*Rt = (U^2)/R *t = UIt
• A — работа электрического тока [Дж]
• I — сила тока [А]
• U — напряжение [В]
• R — сопротивление [Ом]
• t — время [c]

В нашем примере она примет вид

η = Q/A *100% = Q/UIt *100%

Переводим минуты в секунды и, подставляя численные значения, получаем

η = 22176/220*1,4*120 *100% = 60%

Формула полезной работы электродинамической системы будет:

Цена на электрическую энергию для частных потребителей постоянно растет. Иной раз счета бывают настолько большими, что возникает законное желание проверить, правильные ли цифры указаны в квитанции. А если они верны, то стоит принять меры для уменьшения расхода электроэнергии.

Способы определения расхода электричества домашними приборами и инструментами

Средний расход электроэнергии в квартирах граждан за месяц складывается из общего потребления электричества всеми электроприборами, которыми пользуются ее жильцы. Знание расхода электричества на каждый из них даст понимание, насколько рационально они используется. Изменение режима работы может дать существенную экономию электроэнергии.

Общее количество потребляемой электроэнергии в месяц в квартире или доме фиксирует счетчик. Получить данные по отдельным устройствам можно несколькими способами.

Практический способ расчета потребления электричества по мощности электроприбора

• P – мощность (Вт)
• U – напряжение (В)
• I – ток (А).

Подставляем числовые значения и получаем 220 В×1 А=220 Вт.

Далее, зная мощность прибора, рассчитываем его энергопотребление в единицу времени. Например, обычный литровый электрочайник имеет мощность 1600 Вт. В среднем он работает 30 минут в сутки, то есть ½ часа. Умножаем мощность на время работы и получаем:

1600 Вт×1/2 часа=800 Вт/ч, или 0,8 кВт/ч.

Чтобы посчитать затраты в денежном выражении, полученную цифру умножаем на тариф, например, 4 рубля за кВт/ч:

0,8 кВт/ч×4 руб.=3,2 руб. Расчет средней платы за месяц – 3,2 руб.*30 дней=90,6 руб.

Таким способом производятся подсчеты по каждому электроприбору в доме.

Подсчет потребляемого электричества с помощью ваттметра

Расчеты дадут вам приблизительный результат. Гораздо надежней использовать бытовой ваттметр, или энергометр – прибор, измеряющий точное количество потребляемой энергии любым бытовым устройством.

Его функции:

• замер мощности потребления в данный момент и за определенный промежуток времени;
• замер тока и напряжения;
• расчет стоимости потребляемого электричества по заложенным вами тарифам.

Ваттметр вставляется в розетку, к нему подключается прибор, который вы собираетесь тестировать. На дисплее высвечиваются параметры электропотребления.

Замер тока и определение потребляемой мощности бытовой техники токоизмерительными клещами без разрыва электрической цепи

Замерить силу тока и определить мощность, потребляемую бытовым прибором, не выключая его из сети, позволяют токоизмерительные клещи. Любое устройство (независимо от производителя и модификации) состоит из магнитопровода с подвижной размыкающей скобой, дисплея, переключателя диапазонов напряжения и кнопки фиксации показаний.

Порядок измерения:

1. Установите нужный диапазон измерений.
2. Разомкните магнитопровод нажатием на скобу, заведите его за провод тестируемого прибора и замкните. Магнитопровод должен быть расположен перпендикулярно проводу питания.
3. Снимите показания с экрана.

Если в магнитопровод поместить многожильный кабель, то на дисплее высветится ноль. Это происходит потому, что магнитные поля двух проводников с одинаковым током компенсируют друг друга. Чтобы получить нужные значения, замер проводится только на одном проводе. Измерять потребляемую энергию удобно через удлинитель-переходник, где кабель разделен на отдельные жилы.

Определение потребления энергии по электросчетчику

Счетчик – это еще один простой способ определить мощность бытового устройства.

Как считать свет по счетчику:

1. Выключите в квартире все, что работает от электричества.
2. Зафиксируйте показания.
3. Включите в сеть нужный прибор на 1 час.
4. Отключите его, от полученных цифр отнимите предыдущие показания.

Полученное число и будет показателем потребления электричества отдельным устройством.

Таблица потребления электричества основными электроприборами по мощности

Показатели мощности электроприборов помогут произвести расчет, выработать рациональный подход к энергопотреблению и сэкономить деньги. В таблице даны усредненные показатели мощности, указанные в технических паспортах приборов, используемых в квартирах граждан:

Электроприбор	Мощность, Вт
Бытовая техника
Холодильник	300
Лампы освещения	20 — 250
Электрическая плита	7000
Электробритва	До 100
Посудомоечная машина	2500
Телевизор (плазма, ЖК, LCD и т.д.)	70 — 200
Стиральная машина-автомат	1500 — 3000
Электрическая духовка	1000 — 4000
Утюг	2000
Электрический чайник	1600 — 2000
Масляный обогреватель	800 — 2500
Микроволновка	800
Аэрогриль	1200 — 2000
Домашний тепловентилятор	750 — 1700
Фен	450 — 2000
Кофеварка, кофемашина	600 — 1500
Кондиционер	2000
Зарядка для мобильного телефона	25
Пылесос	400 — 2000
Мультиварка, пароварка	800 — 2000
Компьютер	250
Ноутбук	80
Музыкальный центр	50 — 500
Кухонный комбайн	200 — 1500
Мясорубка	230 — 3000
Блендер	180
Морозильные шкафы, камеры	1500 — 5000
Игровая приставка	10 — 30
Бойлер	1200 — 1500
Инструмент электрический
Перфоратор	600 — 1400
Лобзик	250 — 700
Дрель	400 — 800

Калькулятор потребления электроэнергии

Расход электричества можно вычислить с помощью калькулятора электроэнергии онлайн. Для этого внесите в его поля следующие данные:

• мощность одно или нескольких приборов (например, лампочек, компьютеров или телевизоров);
• цену, по которой вы покупаете 1 кВт-ч электроэнергии;
• Время работы прибора, если точное время не известно, возьмите приблизительное;
• периодичность и время работы в сутки (час, день, месяц, год).

Если вы введете ваш региональный тариф на электроэнергию, онлайн-калькулятор подсчитает, сколько денег вы расходуете на каждую единицу бытовой техники или электроинструмента.

Если калькулятор не отображается, перейдите  в раздел калькуляторы и сервисы — по этой ссылке.

Также вы можете воспользоваться другими нашими калькуляторами по этой ссылке.

Как и зачем экономить электроэнергию на основании данных о расходе электричества бытовыми приборами

Есть по меньшей мере две причины, почему нужно экономить электроэнергию. Это сбережение природных ресурсов и снижение вредных выбросов в атмосферу и уменьшение денежных расходов потребителя. Проанализируйте, сколько электричества расходует каждый прибор в вашем доме и можно ли уменьшить этот показатель. Если общий расход превышает принятую в России среднестатистическую норму потребления электроэнергии 350 кВт на одного человека в месяц, достаточно принять несложные меры. За счет чего можно экономить электроэнергию:

1. не оставлять без надобности включенным свет;
2. если электроприбор не используется, выключать его из сети;
3. использовать только энергосберегающие лампы, их высокая стоимость быстро окупится, так как они работают значительно дольше простых ламп накаливания;
4. установить на компьютере экономный режим ожидания, через определенное время устройство отключится автоматически, а при переводе в активный режим «съест» меньше электрической энергии;
5. не оставлять открытыми окна при включенном кондиционере, заставляя его работать вхолостую;
6. поставить холодильник и морозильную камеру подальше от горячей батареи и окон, чтобы уберечь от теплых солнечных лучей;
7. размораживать холодильник, как только в морозилке образовалась наледь, она увеличивает расход электричества;
8. по возможности не использовать переходники и удлинители;
9. регулярно удалять в чайнике накипь, она заставляет расходовать большее количество электроэнергии на нагрев;
10. установить многотарифные счетчики, чтобы пользоваться энергоемкой техникой в ночное время, когда тарифы ниже почти в два раза.

Отдавайте предпочтение бытовым приборам с высоким классом энергоэффективности. С 2011 года вся домашняя техника от холодильников и стиральных машин до светильников маркируется специальными индексами – A, B, C, D, E, F, G.

Меньше всего энергии потребляет бытовая техника с маркировкой А, А+ и А++, ее относят к 1 классу энергосбережения, она экономит до 50-80% электроэнергии.

Классы В и С сберегают от 10 до 50%. Остальные индексы означают, что электроприборы экономят незначительно или являются энергозатратными.

Экономия электричества актуальна для каждой семьи, ведь расходы на него – тяжелое бремя для домашнего бюджета. Зная, как рассчитать среднесуточное потребление электричества по каждому прибору, вы сможете снизить свои затраты.

// ]]>