Eficiencia energética en un circuito eléctrico.

yo estoy en secundaria y vamos a hacer este laboratorio en el cual tendremos que hacer dos soluciones a diferentes concentraciones y determinar cual tiene mayor resistencia electrica en un circuito (lo conectaremos con cables a una bateria de 9v, calcule su amperaje y voltaje para determinar la resistencia de cada uno) Sin embargo, también debemos mencionar la energía eléctrica, la potencia eléctrica y la eficiencia energética en nuestro análisis (informe de laboratorio). Tenemos que explicar por qué la energía se puede liberar como calor en un circuito utilizando la fórmula de energía de salida/entrada. También tenemos que explicar por qué una solución más concentrada tiene menos resistencia (usando la noción de iones) mientras indicamos por qué se puede perder energía a través del circuito (usando P=UI y E=PdeltaT).

Y entonces mis preguntas son:

  1. ¿Cómo se puede liberar calor en este tipo de circuito (sin resistencia pero con solución)?
  2. Si no tenemos en cuenta el calor, ¿cómo puede afectar esto a nuestros resultados oa la energía como tal?
  3. Finalmente, ¿podría explicar qué hace que una solución sea más propicia?
¡Hola Nina! Como ingeniero, debo decir que este es un proyecto bastante sólido y que está haciendo un buen trabajo al describirlo. ¡Bienvenido a esta comunidad!
Ahora, lo que tendríamos que preguntarte (como cualquier otra persona) para ayudarte realmente es dónde exactamente estás atascado. Estoy bastante seguro de que ya tienes algunas sospechas sobre 1. y 3. ¡Supongo! Pero eso es solo una conjetura, y no quiero empezar a explicarte cosas como muuuucho bajo nivel, si ya sabes la mayor parte, pero tampoco quiero saltarme todos los detalles importantes que creo que ya conoces, pero que quizás te estés perdiendo. Entonces, ¿cuál es tu sospecha? ¿Qué hay en la solución? ¿Qué has aprendido hasta ahora sobre soluciones de ese tipo? ¿Qué los hace especiales según lo que sabes?
Si tiene un medidor DMM, puede predecir la corriente si usa el líquido como carga resistiva y si> 1k enciende un LED en serie con la polaridad correcta. De lo contrario, el agua pura no se registrará en una escala de 20 megaohmios. Todas las baterías también tienen una resistencia inversa a la capacidad energética. Luego aumenta bruscamente, por ejemplo, 9V <10 ohmios aumenta hacia 1k cuando está muerto. Las baterías son como condensadores densos precargados, pero solo toleran entre un 10 y un 15 % de voltaje como calor de pérdidas. Todas las baterías tienen una clasificación inicial de mAh o Ah que normalmente está clasificada para una carga de 20 horas.
¡Hola! Tengo ideas para el número uno/tres. Sé que una solución es más conductora cuando está más concentrada. Las sales, ácidos y soluciones básicas conducen la electricidad (electrolitos) y cuanto más concentrados están, más iones hay y más fácil es el paso de la electricidad. También sé que se puede liberar calor de un sistema que no está "cerrado". Se libera calor (la energía no se crea ni se desvanece, hay que transformarla a través del calor). Entonces, lo que realmente me preguntaba es cómo sucede todo este proceso. ¿Cómo se transforma la energía eléctrica en calor?
Lo que no entiendo es cómo se puede aplicar la fórmula de eficiencia energética con mi laboratorio (un circuito compuesto por una solución, cables y una batería). ¿Cómo se puede perder energía en este circuito y en qué forma? ¿Qué explica esta pérdida de energía? Muchas gracias por ayudarme
"Si no tenemos en cuenta el calor, ¿cómo puede afectar esto a nuestros resultados o a la energía como tal?". -- ¿Le han enseñado sobre la Ley de Conservación de la Energía?
¿Está midiendo la temperatura de la solución en este laboratorio? ¿Has investigado cómo calcular la eficiencia de, por ejemplo, un calentador de agua eléctrico? En este caso, Pin es eléctrico, pero Pout está relacionado con el cambio de temperatura en el agua.
No creo que midamos la temperatura. Pero si lo hacemos, ¿habrá aumentado la temperatura? Además, sí, me han enseñado la conservación de la energía, solo quiero entenderlo con este laboratorio en particular. Gracias por sus respuestas
El maestro dijo que necesitábamos entender la fórmula de eficiencia energética en este contexto particular (cómo se puede perder energía a través del calor en este laboratorio). Primero pensé que, dado que la solución desempeña el papel de resistencia, podría acumular calor como lo haría una resistencia y, por lo tanto, esta sería la energía "perdida" dado que nuestro circuito no es un sistema cerrado. ¿Tengo razón o hay otra posibilidad para esta pérdida de energía?
@Nina seguro que el aumento de temperatura es una forma de dar cuenta de la energía. Pero también podría haber reacciones químicas en la solución. Un ejemplo sería si terminas hidrolizando agua y liberando oxígeno e hidrógeno gaseoso. Eso le quitaría mucha energía a la solución sin generar mucho calor.

Respuestas (2)

  1. ¿Por qué crees que una solución no tiene resistencia? ¿Crees que una "resistencia" es simplemente un dispositivo eléctrico fabricado? ¿Puede un trozo de grafito de un lápiz actuar como una resistencia?
  2. Hay efectos electroquímicos en los que una solución [¡y los electrodos!] pueden actuar como una celda recargable, almacenando electricidad o creando electrólisis, cambiando la energía eléctrica a energía química (potencial), además de cambiar la energía eléctrica a calor. Deberá tener en cuenta factores como el potencial eléctrico (voltaje), la composición del electrolito y la composición de los electrodos.
  3. Hay muchas referencias en línea que describen la conductividad de una solución, como la de Andy Connelly o la de Wikipedia . ¿Qué trabajo has hecho investigando esto?
¡Hola! Así que investigué sobre la conductividad (qué soluciones pueden conducir la electricidad) y sé que se puede liberar calor mientras se usa un dispositivo dependiendo de la eficiencia del dispositivo. Lo que realmente quiero entender es cómo se puede aplicar esta fórmula (W out / W in * 100) en mi laboratorio. En qué contexto se puede aplicar la eficiencia energética en los circuitos eléctricos. (Nuestro circuito está compuesto por una solución, una batería, cables y usaremos un multímetro para calcular el amperaje y el voltaje).
Pista: "eficiencia" significa cuánto trabajo útil se realiza en comparación con la cantidad desperdiciada. Esto se puede expresar como un porcentaje , qv
La eficiencia se trata de la proporción de la energía que UTILIZA para hacer lo que usted quiere que haga. Por lo general, el resto termina desperdiciándose como calor, ruido, etc. Por ejemplo, un motor puede tener una eficiencia del 90 % si puede medir (eléctricamente) la potencia de entrada y también la potencia del eje de salida (¡mecánicamente!) y encontrar el 90 % del valor. , el otro 10% se pierde como calor. La eficiencia se trata de lo que QUERÍAS que hiciera la energía. ¡Un motor muy ineficiente es probablemente un calentador muy EFICIENTE! ¿Qué se supone que está haciendo la energía en su configuración? Mida eso (tal vez no eléctrico) y luego compárelo con la electricidad que pone.

La eficiencia requerirá un poco de reflexión. Es la relación entre la energía útil gastada y la energía total gastada. En un Tesla, es obvio cuál es la energía útil; es el movimiento hacia adelante del coche. En su experimento, tendrá que decidir cuál es el resultado útil.

Puedo pensar en un par de formas:

  1. La electrólisis requiere un voltaje mínimo para la reacción. (Esto está estrechamente relacionado con el voltaje que puede generar una batería de 1 celda, ambas son las energías químicas de las soluciones y los electrodos). Cualquier voltaje por encima de eso se desperdicia (solo genera calor). Entonces, si puede encontrar el voltaje mínimo (V) para que la reacción funcione (comienza la conducción), la eficiencia con una batería de 9V es V/9 * 100%. (O lo que mida de la batería en lugar de 9. Si no puede encontrar un voltaje ajustable, tal vez pueda hacerlo en pasos de 1.5V con celdas AA).

  2. La electrólisis en muchas soluciones (*) libera hidrógeno en un electrodo y oxígeno en el otro. Si puede atrapar estas burbujas en un tubo de ensayo invertido lleno de agua y observa el volumen de gas (debe ser el doble de H que de O), puede, con ayuda, calcular cuánta energía almacena ese volumen de hidrógeno. (Esto va a pasar mucho con la energía solar barata, y puede terminar alimentando aviones algún día). Así que esa es una buena medida de energía útil.
    (*) No todas las soluciones: el sulfato de cobre libera cobre en lugar de hidrógeno: obtenga la corriente correcta y puede cubrir con cobre el terminal del ánodo y pulirlo más tarde.

  3. Puede considerar útil cualquier calentamiento en la solución; o usted podría considerar que es un desperdicio.

Muchas gracias por su respuesta. No creo que atrapemos estas burbujas, pero definitivamente agregaré eso en mi informe de laboratorio como la energía perdida (energía que no tuvimos en cuenta).
Si las burbujas son la energía perdida, entonces el calentamiento es la energía útil, ¿no? Lo estaba pensando al revés, pero es tu experimento y tú decides qué es útil y qué es un desperdicio. ¡En la industria, querrías recolectar y vender esos desechos!
Eficiencia energética en un circuito eléctrico.
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