¿Puede un elemento calefactor de 1 vatio hervir el agua?

Question

Si me toman de 1 watt elemento de calefacción, ponerla en un vaso de agua y me puso a ambos en el interior de un sobre sellado en el imaginario de la cámara que no conducen el calor exterior (de nuevo, imaginario).

Será finalmente el agua hierva?

Si no, no entiendo por qué, ya que la electricidad mantiene que fluye a través del elemento de calefacción, la generación de más y más energía en julios, y puesto que la temperatura es sólo un aumento en julios por kilogramo, en un ideal cámara sellada, el calor podría acumularse y elevar lentamente la temperatura.

Answer 1

En la situación que usted describe, sin pérdida de calor al medio ambiente (aislamiento perfecto), la temperatura del agua aumentará sin límite de tanto tiempo como se mantenga la adición de energía al sistema, que en el escenario es a una tasa de 1 W. Dado el tiempo suficiente (y suponiendo que el recipiente no se descompone) esto se supere la temperatura del sol. En algún momento no va a ser, probablemente, uno o más de los cambios de fase, y el punto en el que estos se producen dependerá de la presión. No indica si este se mantiene a presión atmosférica (isobárico) o si la presión se permitió el incremento y el límite se fija (isochoric). Esto es relevante ya que sólo agua hierve a 100°C a nivel del mar la presión atmosférica.

La temperatura del elemento es irrelevante, porque si mantiene el bombeo de energía, también seguirá aumentando a medida que la temperatura del agua sube. El elemento agua y el sistema nunca va a estar en equilibrio termodinámico siempre y cuando usted continúe a la bomba en energía. La relación de las temperaturas del elemento y el agua en un momento dado dependerá de las propiedades térmicas de los materiales.

Answer 2

Sí, si no se pierde calor, el agua finalmente alcanzará la misma temperatura que el elemento calefactor, presumiblemente más que$100\,^\circ\mathrm C$.

El agua tiene una capacidad de calor de$4200 \,\mathrm{J/(kg\,^\circ C)}$, por lo que un$250 \,\mathrm{cm^3}$ de vaso de agua que se calienta por$1 \,\mathrm W$ (es decir,$1 \,\mathrm{J/s}$) lo calentará a un ritmo de

ps

Answer 3

Especificó un perfecto aislante, pero es divertido ver lo que sucede cuando permitimos para la refrigeración.

Podemos imaginar un cubo de agua con lados de longitud $l$.

Un perfecto cuerpo negro irradia calor a una tasa de

$P = \sigma T^4 A$ .

Materiales reales no son perfectas cuerpos negros, así que tenemos que multiplicar el resultado por un factor de elusión llamado emisividad, que es acerca de 0.96 para el agua.

Conjunto potencia de a $P$ a nuestro 1W de suministro.

Área de $A = 6l^2$ donde $l$ es el lado de la longitud de nuestro cubo.

La temperatura de la $T \approx 373K$ por agua hirviendo.

$l = \sqrt{\frac{1}{\sigma T^4*6*0.96}} \approx 12$cm

Ignorando todos los otros de la transferencia de calor, nuestro cubo de agua a hervir si es menor de aproximadamente 12 cm en cada lado.

Answer 4

Si usted pone una 1W elemento de calefacción en un vaso de agua, no hierva, ya que el vaso con agua refrigerado por aire y de irradiar calor. Una vez que la temperatura se estabiliza en un nivel determinado, la entrada de calor del elemento sería igual a la pérdida de calor al medio ambiente. Si aumenta el poder de los elementos, la temperatura aumentaría en consecuencia. Por último, en algunos específicos de nivel de potencia, la temperatura alcanza el punto de ebullición. Esto definitivamente no iba a pasar a 1W y no es hasta 10W. El exacto nivel de potencia requerido para que la ebullición depende de un número de factores y probablemente estaría más cerca de 100W, dar o tomar generosamente.

A hervir un vaso de agua con una 1W elemento, que sería necesario para evitar la pérdida de calor. La forma más sencilla de hacerlo sería poner el elemento dentro de un termo. Si el termo es de alta calidad (doble paredes de espejo con un vacío en el medio y una energía eficiente de la tapa), entonces usted debería ser capaz de hervir el agua con un 10W elemento y, si el termo es muy bueno y eficiente cerrado, entonces, potencialmente, incluso con una 1W elemento.