Relación entre calor generado, potencia, corriente y voltaje

¿Me pueden ayudar a entender la relación entre la corriente, el voltaje y el calor generado?

Probé dos juegos de guantes calientes. Uno utiliza una batería que genera 7,4 voltios x 2 amperios (14,8 vatios de potencia). El otro utiliza una batería de 11,1 voltios x 1,4 amperios (15,54 vatios de potencia). Entonces, la potencia generada es similar, pero los guantes de 11,1 voltios me calientan mucho más las manos. ¿Porqué es eso?

Mis recuerdos de la física de la escuela secundaria son lejanos, pero recuerdo que uno puede pensar en la electricidad en analogía con un sistema de agua, donde los voltios son la presión del agua, la corriente (medida en amperios) es el flujo de agua, la resistencia es el tamaño de la tubería. y potencia (vatios) = voltios x corriente. También recuerdo que la cantidad de calor generado es proporcional al cuadrado de la corriente, pero no estoy seguro de cómo juntar todas las piezas y explicar por qué los guantes de 11,1 voltios generan mucho más calor.

¿Qué dicen las etiquetas de los guantes o las instrucciones de los guantes acerca de la clasificación de los guantes?

Respuestas (4)

Más potencia, más calor generado.

PAG ( Fuerza ) = V ⋅ I
H ( en julios ) ∝ V ⋅ I ⋅ t ( En s )
∴ H ( en julios ) ∝ PAG ⋅ t ( En s )

Los guantes de 11,1 voltios no dan mayor calor solo porque tiene más diferencia de potencial, sino porque Fuerza es mayor en ella.

Entonces, ¿todo lo que cuenta es la energía generada? ¿Dos baterías que funcionan a diferente voltaje pero generan la misma potencia generarán el mismo calor? ¿Cómo se concilia esto con el efecto Joule (¿lo estoy recordando correctamente?) por el cual el calor es proporcional al cuadrado de la corriente?
V = I ∗ R
PAG = ( I ∗ R ) ∗ I
∴ PAG = I 2 R
Puedes hacer lo mismo usando esta fórmula y obtendrás la misma respuesta. El calor real generado será el mismo si la potencia es la misma, pero el calor que sentimos depende del material.
¿Entonces en.wikipedia.org/wiki/Joule_heating es irrelevante en este contexto? ¿Por qué?
¡No es irrelevante en este contexto en absoluto!
I 2 R = V 2 R = V I = PAG ( PAG o w mi r )
El Calor es proporcional a la Potencia, que a su vez, es igual a todo lo anterior. Simplemente puede volver a escribir la fórmula dada en wikipedia para saber que el calor es directamente proporcional a la potencia y el tiempo

Como ha confirmado que las marcas en las baterías son, por un lado, 7.4V 2000mAh y, por el otro, 11.1V 1400mAh, y también considerando que no tengo conocimiento sobre guantes térmicos, puede pensarlo de la siguiente manera:

La batería de 7,4 V y 2000 mAh puede proporcionar, por ejemplo, 200 mA durante 10 horas a aproximadamente 7,4 V. Digo puede porque lo que determina la corriente real es la carga conectada a la batería. Y aproximadamente porque el voltaje caerá algo durante la descarga.

La energía contenida en una batería de 7,4 V y 2000 mAh completamente cargada también se puede expresar como 14,8 Wh (vatios hora), y si la carga (los elementos calefactores) está diseñada para diez horas de uso, la potencia suministrada es de 1,48 W para esas diez horas. . Si la carga está diseñada para 5 horas de uso, la batería puede entregar 2,96 W durante ese tiempo.

Del mismo modo, la batería de 11,1 V y 1400 mAh contiene 15,54 Wh y, de nuevo, si los guantes están diseñados para diez horas de uso, la potencia disponible para esas diez horas es de 1,554 W. Si está diseñado para 5 horas de uso, la potencia para ese tiempo es de 3,1 W

Los guantes de 11,1 V calientan más sus manos porque la batería puede entregar un poco más de energía (si el tiempo de uso diseñado es igual) o debido a muchos otros factores en el diseño de los guantes.

El OP dijo que el segundo juego se calienta mucho más , por lo que una diferencia de menos del 0,5% no servirá.
@L.Levrel No sabemos para qué poder están diseñados los dos juegos de guantes, ni ningún otro factor de diseño como escribí.

¿Estás seguro de que las baterías están etiquetadas como "2 A" y "1,4 A" en lugar de "2 Ah" y "1,4 Ah"?

Una batería no tiene una intensidad fija. Tiene un voltaje aproximadamente fijo, y la intensidad depende de la resistencia de la carga conectada. Por lo general, las baterías tienen dos números: voltaje y capacidad (generalmente expresado en amperio-hora, 1 Ah = 3600 culombios).

Si esto es realmente "2 A" y "1,4 A", ¿está escrito en los guantes en lugar de en las baterías? Serían las intensidades nominales/típicas a las que funcionan los guantes. Entonces sus números son correctos y queda su pregunta: ¿por qué el conjunto 2 calienta más?

Bueno, la percepción del calor es muy subjetiva. A menos que haya colocado sus guantes en un calorímetro para medir la potencia de calentamiento, lo que debe preguntarse es: ¿por qué se siente que el conjunto 2 calienta más?

  • Tal vez la capacidad calorífica del conjunto 2 sea menor, por lo que su temperatura sube más rápido en el encendido: se calientan más rápido, pero en estado estacionario proporcionarán menos energía.

  • Quizás el aislamiento exterior del set 2 es mejor, de forma que pierde menos calor al ambiente, y efectivamente te calienta más a pesar de consumir menos energía eléctrica.

Las etiquetas de las baterías informan 1400 mAh y 2000 mAh. Las especificaciones en los respectivos sitios web informan de 1,4 amperios y 2 amperios.
@Pythonistaanonymous, esos hechos sugieren fuertemente que quien escribió el texto para el sitio web no tenía idea de cómo funcionan realmente los calentadores. Por supuesto, podría ser solo una coincidencia, pero si esas especificaciones son correctas, no debe esperar que ninguno de los dos guantes se mantenga caliente durante más de una hora. No son muchas carreras en una pista de esquí. No sería la primera vez que las "especificaciones" publicadas en la publicidad de algún producto son completamente falsas. La única manera de estar seguro es conectar un DMM y probarlo usted mismo.
@james large, según los respectivos sitios web, el guante de 12 V permanecería encendido durante aproximadamente una hora a máxima potencia, mientras que el guante de 7.4 permanecería encendido durante ca. 2,5 horas a máxima potencia. Dado que el poder generado es muy similar, estoy desconcertado. ¡Por supuesto, estos números podrían estar totalmente equivocados por lo que sé!
Además, en un inglés un poco entrecortado, el fabricante de los guantes de 12v escribe que ( gerbing.eu/en/products/12v-products/12v-batteries/… ): "A veces, el cliente nos pregunta por qué el tiempo de ejecución de los guantes calentados de 7 voltios es más que las baterías de los guantes térmicos de 12 voltios. La respuesta es simple. Debido a que la batería de 12 voltios debe poder alimentar un guante de 12 voltios, se pueden poner menos amperios en una batería híbrida para los guantes térmicos híbridos".
@Pythonistaanonymous Si el calentador con la batería nominal de 1400 mAh realmente consume 1,4 A constantes durante una hora (a pesar de que el voltaje de la batería disminuye todo el tiempo), entonces debe esperar que dure una hora. Si el calentador con la batería de 2000 mAh consume 2 A durante una hora, entonces también durará una hora. La potencia y el voltaje no juegan ningún papel en esa ecuación. El amperio hora es solo el tiempo actual.
Antes que nada, ¡gracias a todos por su paciencia con alguien que no sabe nada de física! Entonces, si las cifras citadas por los fabricantes son más o menos correctas, entonces el guante de 7,4 V no genera 14,8 vatios de potencia porque nunca consume 2 amperios, ¿verdad? Se supone que el guante de 7,4 V dura 2,5 horas en la configuración más alta, por lo que en la configuración más alta consume 0,8 A por hora de su batería de 2000 mAh. Esto significa 5,92 vatios de potencia generada (7,4 vx 0,8 A), ¡NO 14,8 w! ¿Es esto correcto?
@Pythonista, sí, ¡tienes mucha razón! Del mismo modo, si la batería de 12 V de 1,4 Ah de capacidad dura 1 h, los guantes consumen 1,4 A. Por lo tanto, su potencia es de 16,8 W. ¡Has descubierto por qué calientan mucho más!

Leí algunos de sus comentarios.

explicando por qué H = I 2 R no está funcionando

Si se suministra la misma potencia durante el mismo tiempo, se produciría el mismo calentamiento.

H = I 2 R no funciona aquí porque R en dos casos son diferentes.

V = I R 1 7.4 = 2 R 1

R 1 = 3.7   Ω

Similarmente ,

R 2 = 11.1 / 1.4 = 7.928   Ω

Ahora, si usas H = I 2 R t , obtienes la respuesta correcta.

Ahora, para explicar por qué Un guante se calienta más.

La V marcada en la celda es EMF.

Marqué la corriente máxima que se puede suministrar (esto se debe a la resistencia interna de la celda)

P marcada es la potencia máxima que se puede suministrar.

Entonces, la corriente real suministrada en dos casos es en realidad diferente.

V = I R

7.4 = I 1 R

I 1 = 7.4 / R

11.1 = I 2 R

I 2 = 11.1 / R

Claramente, I 1 ≠ I 2

I 1 < I 2

Entonces, el calor suministrado es realmente diferente. Y la batería *11.1*V suministra más energía.

@MAFIA36790 Gracias por tu edición. Me preguntaba cómo escribir ohm.
Relación entre calor generado, potencia, corriente y voltaje
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