Tester l’efficacité d’un thermoplongeur pour déterminer sa rentabilité par rapport à d’autres appareils de chauffage. Les thermoplongeurs sont constitués d’une barre métallique d’environ 25 cm (10 pouces) de long, reliée à un bloc d’alimentation qui se branche dans une prise murale. Lorsqu’elle est branchée, la barre de métal se réchauffe et transfère l’énergie thermique, en joules, au liquide dans lequel elle est immergée. Comme le transfert d’énergie n’est pas parfait, le thermoplongeur a besoin de plus d’énergie pour fonctionner qu’il ne peut transférer au liquide, en fonction de son efficacité. Les gains d’efficacité sont exprimés en pourcentage.
Déterminer la masse d’un verre à boire en grammes. Par exemple, la masse peut être de 200,0 g. Remplissez le verre d’eau. Déterminez ensuite la masse totale de l’eau et du verre ensemble. Mesurez également la température de l’eau. La masse combinée pourrait être de 450,0 g et la température initiale de l’eau pourrait être de 20,0 degrés.
Soustraire la masse du verre à boire de la masse totale pour obtenir la masse de l’eau. L’exécution de cette étape mène à 450,0g moins 200,0g, ou 250,0g.
Branchez un wattmètre dans une prise de courant, puis allumez-le. Un wattmètre mesure la consommation d’énergie d’un appareil en watts, ou joules d’énergie utilisée par seconde. Branchez le thermoplongeur dans le wattmètre, allumez-le, puis immergez-le dans l’eau. Démarrez le chronomètre et notez la lecture sur le wattmètre. Supposons, pour cet exemple, que la lecture est de 400,0 watts.
Arrêtez le chronomètre lorsque l’eau dans le verre à boire atteint 40,0 degrés Celsius. Supposons, pour cet exemple, que le temps requis était de 15,0 minutes, soit 900,0 secondes.
Soustrayez la température finale de l’eau de sa température initiale pour obtenir le changement de température de l’eau. Cette étape donne 40,0 moins 20,0 degrés pour un changement de température de 20,0 degrés. Convertir le changement de température en Kelvin en ajoutant 273,15. Ce changement de température équivaut à 293,15 kelvin.
Multiplier la masse de l’eau par la chaleur spécifique de l’eau par le changement de température, pour obtenir l’énergie nécessaire au chauffage de l’eau en joules. La chaleur spécifique de l’eau, 4,186 joules par gramme par Kelvin, est l’énergie en joules nécessaire pour élever la température d’un gramme d’eau d’un degré Kelvin. En poursuivant l’exercice, vous avez 250,0 grammes fois 4,186 joules par gramme par Kelvin, fois 293,15 Kelvin, soit 306 781,5 joules.
Multiplier l’utilisation du watt du thermoplongeur par le temps qu’il a été utilisé pour arriver à l’énergie qu’il a consommée en joules. Vous avez maintenant 400,0 joules par seconde, 900,0 fois 900,0 secondes, soit 360 000 joules.
Divisez l’énergie requise pour chauffer l’eau par l’énergie réelle consommée par le thermoplongeur, puis multipliez par 100 pour obtenir son efficacité en pourcentage. À la fin de l’exercice, vous avez 306 781,5 joules divisés par 360 000 joules, soit 0,85. L’efficacité est donc de 85 %.
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