-
1 # 艾伯史密斯
-
2 # 永生壽
加熱開水比加熱冷水耗能大
♦生命之源乃淡水資源
想狀態下,水從0℃到10℃和90℃到100℃,哪個需要能量多?理想狀態一般指液態淡水在常壓下比熱容不變,如不考慮熱量損失,根據Q=cmΔt,兩者所需能量一樣大。實際影響因素卻非常多,如淡水定壓比熱容非定值,加熱過程熱損,淡水蒸發帶走部分熱量……
在一個標準大氣壓下0~100℃液態淡水,一般定壓比熱容保持不變,近似c=4.2kJ/Kg·K,比熱容表示單位質量物質溫度變化一度,需要吸收或放出的熱量。液態淡水0℃熱到10℃,以及90℃熱到100℃,溫差同,這樣的兩種溫度的淡水,吸收熱量一樣多。
♦熱量公式
工程演算法不考慮加熱過程熱損,卻存在其它影響。液態淡水定壓比熱容不固定,它和溫度有關,從0℃到100℃,液態淡水定壓比熱容先降後增,最大變幅不超1%;在高溫蒸發過程,溫度越高蒸發越快,帶走部分熱量。計算加熱液態淡水內能變化,如標準大氣壓101.325Kpa下:0℃時,淡水的比焓H₁=0.00KJ/Kg,定壓比熱c=4.2194KJ/Kg·K;10℃時,淡水比焓H₂=42.12KJ/Kg,定壓比熱c=4.1954KJ/Kg·K;90℃時,淡水比焓H₃=376.99KJ/Kg,定壓比熱c=4.2050KJ/Kg·K;99.98℃時,淡水比焓H₄=418.99KJ/Kg,定壓比熱c=4.2166KJ/Kg·K;比焓是以0℃淡水為基準,把淡水加熱到目標溫度所需能量,第四個採用99.98℃數值而不採用100℃,是100℃時軟體預設淡水在過熱蒸汽區域,已算蒸發潛熱。
♦淡水比熱容參考值
於是1千克液態淡水從0℃加熱10℃,需要Q₁=H₂-H₁=42.12KJ;從90℃加熱到100℃(未蒸發),需要Q₂=H₄-H₃=42.00KJ;這兩個溫度區間內淡水比熱容相差很小,在30℃附近,定壓比熱容最低僅4.178kJ/Kg·K,如30℃附近加熱淡水,升高1℃能耗就更明顯降低。
也就是說,加熱淡水0~10℃,只需要把冰塊放在室外曬曬太陽有溫度感即可,不需要能耗,加熱90℃淡水到100℃,卻需要42KJ能量。
♦淡水和蒸氣性質計算程式V4.0
-
3 # 張家小智兒
如果這兒的"理想狀況"指的是水沒有發生相變且沒有額外的熱量損失,那麼這個問題的答案應該是"一樣大。"
為什麼這麼說呢?其實道理很簡單,相關知識在初中物理課本上就有出現,那就是學到比熱容的時候,有這麼一個公式:Q=cm△t,這個公式中,c是比熱容,也就是單位質量的物質溫度升高一攝氏度所需的能量,m是質量,粗略地講也可以說是重量,△t是溫度變化量,在這個問題中,兩種情況的△t都是10攝氏度,而Q就是升高一定的溫度需要消耗或者說吸收的的能量。
透過這個公式就可以簡單看出來,根據題中所說的理想情況,這個問題只與比熱容、質量、溫差有關,與其他的都沒有關係。當然,在這兒必須是理想情況,但凡有損耗在裡面,或者水在固液氣之間發生了相變,這個結果就不準了。而在實際操作中,由於損耗不可避免,這個實驗結果是很難出現的,但這並不妨礙這個理論的正確性。
需要注意的是,即便能量用量一樣,但也有能量品味一說。舉個例子,從0攝氏度到20攝氏度,我只需要把水放到正常環境中,水就能夠逐漸升溫,但從90攝氏度到100攝氏度,就需要買煤炭石油等,燃燒加熱才可以達到,也就需要付出更多的高品味能量。因此,雖說能量總量一樣,但還是前者更容易一些,因為前者需要的能量品味低。如果有題中這樣兩個專案讓你選擇,給同樣的報酬,你選擇哪個呢?
因此,單從能量角度來說,兩個過程需要的能量總量是一樣的,但從熵值方面來說,兩者並不相同。
新手上路,給個關注唄~
-
4 # 科學認識論
理想狀態下把水從0℃加熱到10℃和把90℃加熱到100℃所需的能量是一樣大的。
但是這種理想狀態,必須在真空水杯中進行。而且水杯外部的條件也必須是完全真空。當然,這時候只能用電加熱了。
但是在日常生活中,我們經常可以感受到:把水燒溫比把水燒開更費時間。
也正如題主所說的那樣,在日常生活中,把水從0℃加熱到10℃比把水從90℃加熱到100℃更省能量。
其實這個道理很簡單,在熱力學第二定律中我們可以得知:在沒有外部作用的情況下,低溫物體不可能把它的溫度轉移到高溫物體上;只能是高溫物體把自己的溫度轉移到低溫物體上。
在一個封閉系統中,熱量的傳遞終將達到平衡,這就是熱力學第零定律。
其實溫度的微觀理解就是:高溫物體的微觀粒子群熵值高,低溫物體的微觀粒子群熵值低。所以高溫物體把熱量傳遞給低溫物體就是低溫物體的熵增過程。
在日常生活中,室內外溫度一般低於40℃。
涼水即便不被加熱,單單放在室外,它也會吸收空氣的熱量而升溫。
如果現在室內是30℃,那麼我要把0℃水加熱到10℃,水不僅會吸收燃料的能量,而且還會吸收空氣的熱量。這樣以來,加熱涼水所需的能量就低了,而且速度還快了。
一旦把水加熱到超過室溫的30℃,那麼這時候水的溫度就超過空氣溫度,空氣就會從水中吸收熱量。所以這時候加熱水時,水中一部分能量被外界環境偷去了。水的溫度越高,其水分子和空氣分子的熵值差異越大,所以單位時間內,空氣吸收水的熱量就越多。
在日常生活中,外部環境的溫度肯定遠低於90℃,那麼這時候空氣會在水中吸收更多的熱量。所以加熱水時,越接近沸騰點,越消耗燃料。
溫馨提示:在家需要溫水洗臉時,應該多燒點水到30℃,而不是把水直接燒到沸騰,再摻入涼水,前者才是更省燃料的做法。
-
5 # 鍾銘聊科學
“把水從0℃加熱到10℃和從90℃加熱到100℃,哪一種需要的能量大?”,這個問題其實看起來很簡單,實際上還是稍微有點複雜的。那具體是咋回事呢?
我們得先來了解一個常用的科學觀念。
控制變數在科學實踐中,有個非常實用的觀念叫做:控制變數法。具體來說,就是你要做任何實驗,你都要把該考慮的影響因素考慮進去,並且把這些變數條件都固定住,不讓它們來影響最終的實驗結果,只讓你想知道的影響因素起作用,這樣才能得到正確的實驗結果。最常見的影響因素就有實驗環境,比如:溫度,溼度等等。
這個思想被大量的使用,尤其是在醫療當中,就有一個隨機雙盲實驗,甚至是三盲實驗。具體來說,就是在為了避免參與實驗的物件和操作實驗的人因為主觀的偏見影響實驗的結果。一般來說,實驗物件和相關研究人員都不知道哪個組是實驗組,哪個是實驗組,甚至連使用的到底是真藥還是安慰劑都不讓雙方知道。一直等到實驗結束之後,統計好資料,再進行解盲。
這樣得到的結果就會更加客觀,更接近於現實。
也就是說,如果不很好地進行控制變數,很有可能最終的實驗結果是不一樣的。
理想狀態下如果我們給水加熱,那我們就得考慮一下,如果要檢驗加熱所需要的能量,那在這個加熱過程都會有哪些影響因素?
要了解這個問題,我們就得先了解一下,熱傳遞都有哪些途徑,具體來說有三條路徑,分別是熱對流,熱傳導和熱輻射。
如果我們選用酒精燈來給水加熱,那這裡所用到的就是熱傳導。但是我們要知道的是,我們在加熱過程中,會出現熱量損失的過程。
這是因為,室溫和你所加熱的水不可能是同溫的,溫度總會自發的從高溫傳遞到低溫。如果室溫更低,那水會向外輻射熱量。如果室溫更高,那水反倒會從環境接收到熱量。
不僅如此,這個輻射熱量和接收熱量的過程還和水的狀態有關,如果是在一個封閉容器中,那當然沒有什麼問題(不過,這樣可能會發生爆炸)。但如果是敞開口的,那開口越大,水和空氣接觸面越大,那熱量散失得就會越快。
所以,你看,實際上僅僅是加熱水,來計算加熱的能量,都會受到環境中各種因素的影響。但我們可以先來考慮一個“理想狀態”,說白了就是我們假設各種因素都不會影響到這個系統。那這時把水從0℃加熱到10℃和從90℃加熱到100℃,哪一種需要的能量大?
我們直接給出答案,在理想狀態下,就是一樣大。
至於原因,我們可以利用公式來求,也就是比熱容公式。其中水的比熱容和質量是一樣的,溫度都是上升10度,因此水所吸收的能量Q是一樣的。
所以,我們可以得出這麼一個結論,對於同一物質,相同質量,升高同樣的溫度,無論溫度的起始點是哪,所需的能量都是一致的。
非理想狀態如果是在非理想狀態下,那這個情況就複雜了。這裡我們就說一種情況。如果我們把各種因素都固定下來,就是在一間普通的實驗室裡去做這個實驗。這時候溫度大概應該是25攝氏度,壓強就是一個標準大氣壓。我們假設,所使用的儀器是一樣的。那這個時候加熱0℃的水到10℃,以及加熱90℃的水到100℃,哪個所需的能量更大呢?
我們同樣直接給出答案,那就是後者所需的能量更大,也就是把90℃的水加熱100℃所需的能量更大。
這是因為室溫會對這個實驗起到一些影響。0攝氏度的水相對於室溫更低,因此,這個水是可以從環境中獲得能量的,所以,加熱到10℃所需的能量要少於理想狀態下的能量。
而90℃的水相對於室溫更高,所以,它自身就一直在散熱,也就是有熱量損失,因此,要把它加熱到100℃,所需要的能量要遠比理想狀態下大一些。
因此,把90℃的水加熱100℃所需的能量更大。
所以,這個問題的關鍵其實是環境對於實驗本身的影響,如果僅僅是理想狀態下,那就是一樣大。
-
6 # 大牌評論員
1.曾經有教育家做了一個實驗,給四個中國孩子和四個美國孩子每人一杯水,讓他們不用火就讓水沸騰起來。中國小孩拿水在太陽下曬了一天,都沒有如願。而聰明的美國孩子把四杯25度的水混合到一起,輕鬆地把水溫升到了沸騰的100度。僵化的思維,落後的體制永遠無法培養有創新意識的大科學家。
2.曾經有教育家做了一個實驗,給四個中國孩子和四個美國孩子每人一杯水,讓他們不用火就讓水沸騰起來。中國小孩把四杯25度的水混合到一起,輕鬆地把水溫升到了沸騰的100度。而樸實的美國孩子拿著水在太陽下曬著,靜靜等待,最終水也升到了100度。雖然美國孩子輸了,但是雖敗猶榮,因為美國教育下的孩子誠實而有品質,從來不會耍小聰明。這樣的孩子,以後才能成為正直的人。
3.曾經有教育家做了一個實驗,給四個中國孩子和四個美國孩子每人一杯水,讓他們不用火就讓水沸騰起來。中國孩子都把水放在太陽底下曬了一天也沒到100度,而聰明的美國孩子們在一起經過商討以後,把水混在了一塊,剛好四杯25度的水混合成了100度。僵化的思維,落後的體制永遠無法培養有創新意識的大科學家,也永遠無法培養出有合作意識、互助精神的青年。
4.曾經有教育家做了一個實驗,給四個中國孩子和四個美國孩子每人一杯水,讓他們不用火就讓水沸騰起來。中國孩子在一起經過商討以後,把水混在了一塊,剛好四杯25度的水混合成了100度。而美國孩子都把水放在太陽底下曬了一天,終於把水溫升到了100度。中國的孩子永遠學不會自己解決問題,而總是想依賴群體的力量,而美國孩子能夠獨立自主,自力更生,這樣的民族才有希望。
5.曾經有教育家做了一個實驗,給四個中國孩子和四個美國孩子每人一杯水,讓他們不用火就讓水沸騰起來。美國孩子想想,覺得不可能,於是放棄了。中國孩子卻在太陽下把水曬了一整天,非要把水溫升到100度不可,不然就不回家吃飯,但最終還是失敗了。美國孩子從小就懂得知足與放棄,而中國的孩子在填鴨教育的影響下,依舊愚蠢地執著堅持不可能的事情。這樣永遠也培養不出大科學家。
6.曾經有教育家做了一個實驗,給四個中國孩子和四個美國孩子每人一杯水,讓他們不用火就讓水沸騰起來。中國孩子直接認輸了。而美國孩子偷來他爸爸的步槍把教育家斃了,從此再也沒有被教育家研究的煩惱了。從小培養反抗強權的意識,比任何教育都重要。
回覆列表
答:問題本身存在歧義,“理想狀態”到底指的是哪些引數理想?一般我們認為液態水在常壓下比熱容不變,如果不考慮熱量損失的話,根據Q=cmΔt兩者所需能量是一樣大的;實際上影響因素非常多,比如水的定壓比熱容並非定值,加熱過程還會存在熱量損失,還有水的蒸發也會帶走一部分熱量。
一般演算法在一個標準大氣壓下,對於0~100℃的液態水,一般我們認為定壓比熱容保持不變,近似等於c=4.2kJ/Kg·K,比熱容表示單位質量的物質溫度變化一度,需要吸收或者放出的熱量。
對於液態水,0℃加熱到10℃,以及90℃加熱到100℃,溫度變化差都是10度,所需兩種情況下,水吸收的熱量是一樣多的。
工程演算法實際上,即便不考慮加熱過程中的熱量損失,也會存在其他方面的影響,比如:
(1)液態水的定壓比熱容並不是固定的,而是和溫度有關,從0℃到100℃,液態水的定壓比熱容先降低再增加,但是最大變化幅度不超過1%。
(2)液態水在高溫時,蒸發過程避免不了,而且溫度越高蒸發越快,這會帶走一部分熱量。
在工程上,我們採用查表的方式,來計算加熱液態水時,水的內能變化,比如在標準大氣壓(101.325Kpa)下:
(1)0℃時,水的比焓H1=0.00KJ/Kg,定壓比熱c=4.2194KJ/Kg·K;
(2)10℃時,水的比焓H2=42.12KJ/Kg,定壓比熱c=4.1954KJ/Kg·K;
(3)90℃時,水的比焓H3=376.99KJ/Kg,定壓比熱c=4.2050KJ/Kg·K;
(4)99.98℃時,水的比焓H4=418.99KJ/Kg,定壓比熱c=4.2166KJ/Kg·K;
比焓是以0℃水為基準,然後把水加熱到另外一個溫度所需要的能量,第四個之所以採用99.98℃的數值而不採用100℃,是因為100℃時軟體預設水處於過熱蒸汽區域,已經算上了蒸發潛熱。
於是工程演算法中,1千克的液態水從0℃加熱到10℃,需要的能量為:
Q1=H2-H1=42.12KJ;
從90℃加熱到100℃(未蒸發),需要的能量為:
Q2=H4-H3=42.00KJ;
兩個數值相差不大,這是因為兩個溫度區間內水的比熱容相差很小的原因,而液態水在30℃附近,定壓比熱容是最低的,只有4.178kJ/Kg·K,如果在30℃附近加熱水的話,升高1℃需要的能量就有更明顯的降低。