Physik frage zu Warmwasser

    • Dogdo
      Dogdo
      Bronze
      Dabei seit: 19.06.2008 Beiträge: 6.801
      Hallo zusammen,

      Mache mich möglicherweise zum Affen aber war in Physik bisher immer eine Niete :coolface: Alles was ich weiss ist, das Warmwasser nach oben steigt.

      Ein Boiler mit beispielsweise 100l Wasserinhalt von ca. 10° wird auf 40° erhitzt.
      Ich weiss nicht wie ich meine Frage richtig formulieren soll :facepalm:
      Warmes Wasser steigt ja nach oben. Werden dann die 100l gleichmäßig Grad für Grad erhitzt also bis die 100l komplett 40° haben oder hat das Wasser oben schon 40° während es unten noch 10° hat?
      Nächste Frage: Wieviel kW Energie wird dabei verbraucht?
  • 13 Antworten
    • MfGOne
      MfGOne
      Bronze
      Dabei seit: 17.08.2006 Beiträge: 9.204
      Ersteres, das Wasser zirkuliert ja, wenn du unten Energie zuführst, sollte relativ gleichmäßig auf 40° dann ansteigen. Brownsche Molekularbewegung und Konvektion in Flüssigkeiten kannst auch mal googlen ;)
    • IngolPoker
      IngolPoker
      Black
      Dabei seit: 05.09.2006 Beiträge: 10.481
      Energie wird in kWh gemessen, kW ist eine Leistung ;) (oh da wäre der Prof aber stolz ^^)

      Es sollten ca. 3,5kWh sein, für 100l und 30 Grad Temperaturdifferenz. In der Praxis mag das noch etwas anders aussehen, da man ja Verluste hat an die Umgebung etc., also brauchst du etwas mehr.
    • AyCaramba44
      AyCaramba44
      Black
      Dabei seit: 27.04.2010 Beiträge: 14.645
      Nehme einfach mal einen Topf mit kaltem Wasser und schütte heißes Wasser hinzu. Dann wartest du 5 Sekunden und fühlst einmal oben und einmal unten die Temperatur mit dem Finger. Sollte sich recht schnell angleichen auf so kleinem Raum. In riesigen Seen und Meeren sieht es dann wieder anders aus.
    • flowIIpoker
      flowIIpoker
      Bronze
      Dabei seit: 14.02.2007 Beiträge: 5.380
      Original von MfGOne
      Ersteres, das Wasser zirkuliert ja, wenn du unten Energie zuführst, sollte relativ gleichmäßig auf 40° dann ansteigen. Brownsche Molekularbewegung und Konvektion in Flüssigkeiten kannst auch mal googlen ;)
      naja. so ohne weiteres wuerde ich das nicht unterschreiben wollen.
      wasser hat durchaus die tendenz, sich zu schichten.

      kommt halt echt darauf an (geometrie, was fuer eine waermeleistung u.s.w.)
    • AyCaramba44
      AyCaramba44
      Black
      Dabei seit: 27.04.2010 Beiträge: 14.645
      Original von flowIIpoker
      naja. so ohne weiteres wuerde ich das nicht unterschreiben wollen.
      wasser hat durchaus die tendenz, sich zu schichten.
      In einem kleinen Boiler? Selbst in nicht so tiefen Seen ist die Wassertemperatur fast überall gleich und da sprechen wir von ganz anderen Literzahlen. Differenzen gibt es dann dort vielleicht noch von 1-2Grad.
    • MfGOne
      MfGOne
      Bronze
      Dabei seit: 17.08.2006 Beiträge: 9.204
      Original von flowIIpoker
      Original von MfGOne
      Ersteres, das Wasser zirkuliert ja, wenn du unten Energie zuführst, sollte relativ gleichmäßig auf 40° dann ansteigen. Brownsche Molekularbewegung und Konvektion in Flüssigkeiten kannst auch mal googlen ;)
      naja. so ohne weiteres wuerde ich das nicht unterschreiben wollen.
      wasser hat durchaus die tendenz, sich zu schichten.

      kommt halt echt darauf an (geometrie, was fuer eine waermeleistung u.s.w.)
      Dann erhitz mal nen Kolben voller Wasser mit nem Bunsenbrenner, da schichtet sich gar nichts, das Wasser ist immer in Bewegung.....
    • flowIIpoker
      flowIIpoker
      Bronze
      Dabei seit: 14.02.2007 Beiträge: 5.380
      so lange du unten energie reinpumpst, dann kommt es durch die konvektion zu durchmischung. klar

      aber

      wenn die wegfaellt, dann hilft dir deine brownsche molekularbewegung auch nicht mehr und die schichtung setzt ein.
      da bin ich mir irgendwie sicher
    • AyCaramba44
      AyCaramba44
      Black
      Dabei seit: 27.04.2010 Beiträge: 14.645
      Und was macht bei einer Umgebungstemperatur von 20 Grad bei einem kleinen Boiler mit 40 Grad die Schichtung aus? Quasi nichts!
    • ElHive
      ElHive
      Bronze
      Dabei seit: 24.07.2007 Beiträge: 8.112
      Kann zur Diskussion nicht viel beitragen außer dass wir ne Heizung mit 110l Warmwasser-Schichtenspeicher haben, bei dem das Wasser außerhalb erhitzt wird und dann von oben in den Speicher fließt.

      Vorteile sollen sein dass schneller heißes Wasser zur Verfügung steht, der Speicher kleiner ausfallen kann ggü. herkömmlichen Warmwasserspeichern und Energie eingespart wird weil nicht so oft nachgeheizt werden muss.
    • murdock04
      murdock04
      Bronze
      Dabei seit: 09.02.2009 Beiträge: 6.967
      Original von AyCaramba44
      Original von flowIIpoker
      naja. so ohne weiteres wuerde ich das nicht unterschreiben wollen.
      wasser hat durchaus die tendenz, sich zu schichten.
      In einem kleinen Boiler? Selbst in nicht so tiefen Seen ist die Wassertemperatur fast überall gleich und da sprechen wir von ganz anderen Literzahlen. Differenzen gibt es dann dort vielleicht noch von 1-2Grad.
      Was sind denn nicht so tiefe Seen? Tendenziell eher Schwachsinn was du schreibst, auch wenn das mit dem Boiler natürlich wahr ist.
    • EnjoyYourWipeouts
      EnjoyYourWipeouts
      Silber
      Dabei seit: 22.12.2008 Beiträge: 6.845
      2m?
    • w3cRaY
      w3cRaY
      Bronze
      Dabei seit: 12.06.2007 Beiträge: 5.281
      Werds mal simpel runterbrechen.
      Wärme ist eine Form von Energie, also in der Lage Arbeit zu verrichten. Leistung ist die Arbeit, die pro Zeit verrichtet wird. Wenn du dir Temperatur als eine Größe vorstellst, die die mittlere Bewegung der Teilchen in einem Stoff abbildet, dann bewegen sich die Teilchen bei hoher Temperatur schneller und bei niedriger Temperatur langsamer. Beim Nullpunkt der Temperatur bewegen sich die Teilchen nicht mehr, rotieren nur noch um ihre eigene Achse.
      Jetzt weißt du, dass Teilchen unterschiedlich angeordnet sein können, in einem Gitter zB (fest), oder über nicht so starre Bindungen, dann sind sie gegeneinander verschiebbar (flüssig), oder sie sind frei beweglich und verschiebbar (gasförmig) (lasse mal die anderen beiden Aggregatzustände weg). Es wird sicher unterschiedliche Wärmemengen benötigen, um zB die Teilchen in einem Gitter "schneller zu machen" im Vergleich zu Teilchen, die frei vorliegen in einem Gas. Jeder Stoff hat da seine spezifische Wärmekapazität, also die Menge an Wärme die man benötigt, um 1kg des Stoffes um 1 Grad Celsius (nehmen in der Physik aber Kelvin) zu erwärmen.

      Die zugeführte oder abgeführte Wärme ist idealerweise proportional zur Änderung der Temperatur eines Stoffes - dann hängt es noch davon ab, wie viel von dem Stoff du erwärmen willst und was es für ein Stoff ist (spezifische Wärmekapazität).

      Q=cm(T2-T1)

      100l Wasser ~100kg
      Spezifische Wärmekapazität von Wasser 4,182 kJ/(kg*K)
      T2-T1 =30K
      Q=12546kJ

      Zur zweiten Frage: kW ist eine Leistung, keine Energie. Leistung ist Arbeit pro Zeit, in Einheiten also Joule/Sekunde. Wenn du das mit einer Zeit multiplizierst - Joule/Sekunde * Sekunde - erhälst du wieder eine Arbeit. D.h. man rechnet immer in Wattstunden oder Kilowattstunden - in der benötigten Energie, um eine gewisse Arbeit zu verrichten. Die Leistung von Geräten kann ja unterschiedlich sein. Wenn ich dir einen 1Millionen Grad heißen Stein gebe ist deine Wasser quasi instantan auf den +30 Grad Celsius, wenn ich eine Kerze unter deine Badewanne stelle dauert es halt sehr lange.

      12546kJ*h/3600s=3,485 kWh.

      Bemerke, dass das nur idealerweise gilt, d.h. wenn dein Wassererhitzer 100% der Wärme, die er zB durch einen Heizdraht an das Wasser abgibt, auch nur an das Wasser abgibt, und zB nicht selbst heiß wird (Kabel, Wände) und die Wärme an die Umgebung abgibt. Der Wirkungsgrad wird sehr wahrscheinlich nicht einmal ansatzweise 100% betragen, d.h. du wirst mehr Energie benötigen.

      Viele Grüße
    • elnapo
      elnapo
      Bronze
      Dabei seit: 05.07.2006 Beiträge: 1.833
      Ja warum biste denn so eine Niete in Physik? Ansonsten ist die Antwort eindeutig.