Выделение тепла электрическими приборами

[Windy]

Здравствуйте! Помогите, пожалуйста, разобраться с законом Джоуля-Ленца.
Верно ли утверждение, что любая электрическая машина, мощностью $1kW$, выделит за 1 час $1kWh$ тепловой энергии?

[Someone]

Любая — вряд ли. Например, электродвигатель, перекачивающий воду с первого этажа здания на десятый. Часть электроэнергии превратится не в тепло, а в потенциальную энергию поднятой воды.

[Windy]

Почему? Мощность двигателя ведь не менялась, а по закону Джоуля-Ленца вся электрическая мощность должна выделиться на проводнике в виде тепла $Q=UIt$

[Dmitriy40]

Windy
Потому что двигатель не является проводником. И потому потребляемый им ток не зависит только лишь от сопротивления обмоток и входного напряжения. Вы же посчитали лишь ту долю энергии, которая выделится на обмотках двигателя в виде тепла, но не учли долю энергии, выданную двигателем в другую механическую систему (подъём груза например).

-- 05.09.2018, 17:06 --

Вот когда от электрической системы/машины не забирается и не вкладывается другой энергии, вот тогда полную энергию можно считать по закону Джоуля-Ленца. Если ещё забыть про возможное излучение электромагнитных волн.

[Windy]

Dmitriy40 в сообщении #1336824 писал(а):

Windy
Потому что двигатель не является проводником. И потому потребляемый им ток не зависит только лишь от сопротивления обмоток и входного напряжения.

Двигатель в целом проводником не является, а его обмотка - проводник. И выделять тепло будет (правильней сказать, я так понимаю) пропорционально току и напряжению в ней. Ток, конечно, зависит от нагрузки, но и выделение тепла - тоже.
Проведём мысленный эксперимент. Электродвигатель насоса качает воду на n-ный этаж, потребляя при этом 5 А при напряжении 200 В. Сколько при этом выделяется тепла на обмотках насоса? Разве не согласно формуле $Q=IUt$ ??? Если нет, то по какой формуле?

[oleg_2]

Windy в сообщении #1336858 писал(а):

Разве не согласно формуле $Q=IUt$ ?

Есть более лучшая формула закона Джоуля-Ленца, более универсальная:
$ Q=I^{2}r \cdot t$
где
$r$ -активное сопротивление провода.
В электротехнике $r$ практически равно сопротивлению провода постоянному току, т. е. его омическому сопротивлению. А полное сопротивление электродвигателя, работающего в номинальном режиме, много больше активного сопротивления проводов обмотки электродвигателя. В формулу нагрева входит лишь малая часть этого полного сопротивления.

[wrest]

Windy в сообщении #1336858 писал(а):

Электродвигатель насоса качает воду на n-ный этаж, потребляя при этом 5 А при напряжении 200 В. Сколько при этом выделяется тепла на обмотках насоса?

Если это нормальный рабочий режим электрожвигателя, то около 100 ватт, в которые входит и тепло, выделяющееся от трения в подшипниках и т.п., короче всё тепло которое генерирует электродвигатель.

-- 05.09.2018, 21:01 --

Windy в сообщении #1336858 писал(а):

Если нет, то по какой формуле?

По формуле $Q=IUt(1-\eta)$ где $\eta$ - КПД электродвигателя ($0\le \eta < 1$). Можно считать, что у силовых электродвигателей $\eta \approx 0,9$

[Windy]

wrest в сообщении #1336862 писал(а):

Windy в сообщении #1336858 писал(а):

Электродвигатель насоса качает воду на n-ный этаж, потребляя при этом 5 А при напряжении 200 В. Сколько при этом выделяется тепла на обмотках насоса?

Если это нормальный рабочий режим электрожвигателя, то около 100 ватт, в которые входит и тепло, выделяющееся от трения в подшипниках и т.п., короче всё тепло которое генерирует электродвигатель.

-- 05.09.2018, 21:01 --

Windy в сообщении #1336858 писал(а):

Если нет, то по какой формуле?

По формуле $Q=IUt(1-\eta)$ где $\eta$ - КПД электродвигателя ($0\le \eta < 1$). Можно считать, что у силовых электродвигателей $\eta \approx 0,9$

Мне кажется, что первая часть вашего поста противоречит второму. вы пишите "около 100 Ватт" и далее прилагаете формулу $Q=IUt(1-\eta)$, по которой выделяемое тепло должно быть равно 10 Ватт примерно ($\eta \approx 0,9$) Поясните, пожалуйста.

[wrest]

Windy в сообщении #1336869 писал(а):

Мне кажется, что первая часть вашего поста противоречит второму. вы пишите "около 100 Ватт" и далее прилагаете формулу $Q=IUt(1-\eta)$, по которой выделяемое тепло должно быть равно 10 Ватт примерно ($\eta \approx 0,9$) Поясните, пожалуйста.

Насос потребляет один киловатт электроэнергии ($5 A\cdot 200 V= 1000W$), из них 900 ватт конвертируется в "полезное действие" -- перекачку воды, а 100 ватт конвертируется в тепло.
Ошибка там у меня (и у вас) в другом: как частенько случается, перепутана мощность и энергия (формула для энергии, а словами написано про мощность).

[Windy]

wrest в сообщении #1336872 писал(а):

Windy в сообщении #1336869 писал(а):

Мне кажется, что первая часть вашего поста противоречит второму. вы пишите "около 100 Ватт" и далее прилагаете формулу $Q=IUt(1-\eta)$, по которой выделяемое тепло должно быть равно 10 Ватт примерно ($\eta \approx 0,9$) Поясните, пожалуйста.

Насос потребляет один киловатт электроэнергии ($5 A\cdot 200 V= 1000W$), из них 900 ватт конвертируется в "полезное действие" -- перекачку воды, а 100 ватт конвертируется в тепло.
Ошибка там у меня (и у вас) в другом: как частенько случается, перепутана мощность и энергия (формула для энергии, а словами написано про мощность).

Да, конечно, коэффициент же 0,9, я увидел свою ошибку.

А сколько тепла в комнату будет выделять пылесос, мощностью 1000Ватт?

[eugensk]

А я думал, вы уже поняли идею: за час выделит 1000 ватт$\cdot $часов тепла минус работа по подъему мусора с пола до высоты пылесборника и минус электропомехи и шум вышедшие за пределы комнаты, то есть в совокупности минус очень малую величину, практически нуль.

[Windy]

Если честно, то я это не для себя (хотя, для себя тоже извлёк пользу) Просто на одном форуме множество людей оспаривало моё утверждение, что пылесос нагреет комнату в той же мере, что и обогреватель одинаковой мощности.

[wrest]

Windy
Да, насчёт пылесоса все так: практически вся мощность преобразуется в тепло.

[Alex-Yu]

wrest в сообщении #1336887 писал(а):

насчёт пылесоса все так: практически вся мощность преобразуется в тепло.

Не практически вся, а полностью вся. Потому как та часть энергии, что пошла на увеличение кинетической энергии воздуха, все равно в итоге превратится в тепло. Этот разогнанный воздух никуда же не уходит, тормозится тут же, в комнате. И при торможении его кинетическая энергия переходит в тепло.

Но когда механической энергии есть куда "утекать", то потребляемая двигателем мощность никак не может равняться выделенному теплу.

[EUgeneUS]

Windy в сообщении #1336886 писал(а):

Просто на одном форуме множество людей оспаривало моё утверждение, что пылесос нагреет комнату в той же мере, что и обогреватель одинаковой мощности.

Это Ваше утверждение верное. Обоснование его у Вас неверное (как и утверждение в стартовом посте).

С пылесосом происходит:
1. Пусть пылесос потребляет мощность $P=1200W$
2. Двигатель пылесоса часть рассеивает в тепло сам, а часть переводит в движение воздуха. Согласно КПД двигателя. Типовое КПД, как писали выше - $0.9$.
3. То есть 1080 W тратится на разгон воздуха, увеличение его давления (и прочие газодинамические процессы).
4. Но движение воздуха успокаивается, а его давление выравнивается, и очень быстро, после выключения пылесоса.
5. А при включенном пылесосе двигается примерно одинаковая часть воздуха, а энергия "вкачивается" постоянно.
6. Куда уходит в конце-концов эта энергия? На нагрев воздуха, больше некуда.

-- 06.09.2018, 08:24 --

Alex-Yu в сообщении #1336889 писал(а):

Не практически вся, а полностью вся.

Можно учесть изменение потенциальной энергии пыли и утечку энергии через ЭМИ, как предлагалось выше eugensk