Innalzamento temperatura dell'acqua dovuta ad un raggio di luce
ho un raggio di luce (dovuto ad una lente), considerando che il raggio sia incidente e che tutta l'energia sia assorbita dall'acqua, come faccio a calcolare conoscendo la quantità di acqua, la differenza di temperatura del liquido e il tempo che ci ha messo ad innalzarsi, a calcolare la temperatura di quel raggio di luce nell'ipotesi che il vasetto possiamo considerarlo adiabatico?
Premetto che non è un problema trovato sui libri ma è solo esperimento che mi è venuto in mente di fare. Ad intuito so che ci sono delle equazioni che mettono in relazione tutte queste variabili: DELTA T dell'acqua, tempo di innalzamento, calore specifico dell'acqua, temperatura del raggio (INCOGNITA). Però non saprei come mettere insieme tutte queste variabili per tirarne fuori un equazione valida.
Voi avreste qualche idea?
GRAZIE !!!
Premetto che non è un problema trovato sui libri ma è solo esperimento che mi è venuto in mente di fare. Ad intuito so che ci sono delle equazioni che mettono in relazione tutte queste variabili: DELTA T dell'acqua, tempo di innalzamento, calore specifico dell'acqua, temperatura del raggio (INCOGNITA). Però non saprei come mettere insieme tutte queste variabili per tirarne fuori un equazione valida.
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GRAZIE !!!
Risposte
Ciao marioposto. Che tipo di raggio di luce? Cerca di specificare meglio
"ralf86":
Ciao marioposto. Che tipo di raggio di luce? Cerca di specificare meglio
un raggio solare
"Raggio solare" non ti sembra un po' vago? Riflettici. Cerca di darci qualche informazione in piu.
"mariopisto":
ho un raggio di luce (dovuto ad una lente), considerando che il raggio sia incidente e che tutta l'energia sia assorbita dall'acqua, come faccio a calcolare conoscendo la quantità di acqua, la differenza di temperatura del liquido e il tempo che ci ha messo ad innalzarsi, a calcolare la temperatura di quel raggio di luce nell'ipotesi che il vasetto possiamo considerarlo adiabatico?
Premetto che non è un problema trovato sui libri ma è solo esperimento che mi è venuto in mente di fare. Ad intuito so che ci sono delle equazioni che mettono in relazione tutte queste variabili: DELTA T dell'acqua, tempo di innalzamento, calore specifico dell'acqua, temperatura del raggio (INCOGNITA). Però non saprei come mettere insieme tutte queste variabili per tirarne fuori un equazione valida.
Voi avreste qualche idea?
GRAZIE !!!
penso che l'incognita corretta sia la potenza $P$ trasportata dal raggio
nel tempo $Deltat$ esso fornisce all'acqua un' energia $E=PDeltat$
se $c$ è il calore specifico dell'acqua,$m$ la sua massa e $DeltaT$ la sua variazione di temperatura,si ha
$PDeltat=mcDeltaT$
La potenza irradiata dal Sole, cioè l'energia per unità di tempo, che arriva su ogni $m^2$ di superficie della Terra, si chiama "costante solare", e vale circa $1367 W/m^2$ .
Ma in realtà la potenza rilevata al suolo è inferiore, a causa di assorbimento e riflessione che hanno luogo nell'atmosfera.
Nei calcoli degli impianti fotovoltaici si assume perciò una potenza inferiore, pari a $1 (kW)/m^2$ .
Perciò, assumendo $1 (kW)/m^2$ di potenza termica trasmessa all'acqua per ogni $m^2$ di superficie, se prendiamo ad esempio una bacinella di $0.5m^2$ di superficie, contenente una certa massa d'acqua, e la mettiamo al Sole per un certo tempo, si può fare un semplice calcolo alquanto approssimato dell'aumento di temperatura in quel tempo.
Ho trovato questo interessante link :
http://www.diee.unica.it/~pisano/13_143 ... 104402.pdf
Ma basta cercare "costante solare" su Internet, e si trovano numerosi siti e spiegazioni.
Ma in realtà la potenza rilevata al suolo è inferiore, a causa di assorbimento e riflessione che hanno luogo nell'atmosfera.
Nei calcoli degli impianti fotovoltaici si assume perciò una potenza inferiore, pari a $1 (kW)/m^2$ .
Perciò, assumendo $1 (kW)/m^2$ di potenza termica trasmessa all'acqua per ogni $m^2$ di superficie, se prendiamo ad esempio una bacinella di $0.5m^2$ di superficie, contenente una certa massa d'acqua, e la mettiamo al Sole per un certo tempo, si può fare un semplice calcolo alquanto approssimato dell'aumento di temperatura in quel tempo.
Ho trovato questo interessante link :
http://www.diee.unica.it/~pisano/13_143 ... 104402.pdf
Ma basta cercare "costante solare" su Internet, e si trovano numerosi siti e spiegazioni.
grazie a tutti ragazzi, ma io sto cercando una cosa diversa. Ho costruito una lente che è in grado di sciogliere il vetro con l'energia solare, il raggio solare scioglie il vetro.
Ora il mio problema è quello di calcolare la temperatura di tale raggio nel punto ci convergenza dei raggi.
Avevo pensato di calcolare l'innalzamento di temperatura in un intervallo di tempo dell'acqua e da quello calcolare la temperatura del raggio di luce solare derivante dalla lente. Ora però non riesco a mettere insieme le equazioni per calcolare la temperatura del raggio solare derivante dalla lente che ho costruito per vedere che temperatura riesco a raggiungere nel punto luminoso che scotta.
Ora il mio problema è quello di calcolare la temperatura di tale raggio nel punto ci convergenza dei raggi.
Avevo pensato di calcolare l'innalzamento di temperatura in un intervallo di tempo dell'acqua e da quello calcolare la temperatura del raggio di luce solare derivante dalla lente. Ora però non riesco a mettere insieme le equazioni per calcolare la temperatura del raggio solare derivante dalla lente che ho costruito per vedere che temperatura riesco a raggiungere nel punto luminoso che scotta.
"stormy":
[quote="mariopisto"]ho un raggio di luce (dovuto ad una lente), considerando che il raggio sia incidente e che tutta l'energia sia assorbita dall'acqua, come faccio a calcolare conoscendo la quantità di acqua, la differenza di temperatura del liquido e il tempo che ci ha messo ad innalzarsi, a calcolare la temperatura di quel raggio di luce nell'ipotesi che il vasetto possiamo considerarlo adiabatico?
Premetto che non è un problema trovato sui libri ma è solo esperimento che mi è venuto in mente di fare. Ad intuito so che ci sono delle equazioni che mettono in relazione tutte queste variabili: DELTA T dell'acqua, tempo di innalzamento, calore specifico dell'acqua, temperatura del raggio (INCOGNITA). Però non saprei come mettere insieme tutte queste variabili per tirarne fuori un equazione valida.
Voi avreste qualche idea?
GRAZIE !!!
penso che l'incognita corretta sia la potenza $P$ trasportata dal raggio
nel tempo $Deltat$ esso fornisce all'acqua un' energia $E=PDeltat$
se $c$ è il calore specifico dell'acqua,$m$ la sua massa e $DeltaT$ la sua variazione di temperatura,si ha
$PDeltat=mcDeltaT$[/quote]
no il $Deltat$ è il tempo che ci mette il volume d'acqua ad innalzarsi di una certa temperatura non la potenza trasportata dal raggio in quel $Deltat$ ; quella per semplicità la considero costante come considero in prima approssimazione il raggio normale alla superficie dell'acqua e la riflessione di quest'ultimo nulla. Questo in via semplificativa poichè per tenere conto della riflessione del raggio devo poi calcolare l'angolo e moltiplicare per un coefficiente. Quello però lo so fare, che non so fare è il punto esposto al messaggio precendete, sono ingegnere non fisico e penso mi manchino le basi per questi problemi di fisica applicata
Marioposto, un raggio di sole non ha una temperatura
"mariopisto":
[quote="stormy"][quote="mariopisto"]ho un raggio di luce (dovuto ad una lente), considerando che il raggio sia incidente e che tutta l'energia sia assorbita dall'acqua, come faccio a calcolare conoscendo la quantità di acqua, la differenza di temperatura del liquido e il tempo che ci ha messo ad innalzarsi, a calcolare la temperatura di quel raggio di luce nell'ipotesi che il vasetto possiamo considerarlo adiabatico?
Premetto che non è un problema trovato sui libri ma è solo esperimento che mi è venuto in mente di fare. Ad intuito so che ci sono delle equazioni che mettono in relazione tutte queste variabili: DELTA T dell'acqua, tempo di innalzamento, calore specifico dell'acqua, temperatura del raggio (INCOGNITA). Però non saprei come mettere insieme tutte queste variabili per tirarne fuori un equazione valida.
Voi avreste qualche idea?
GRAZIE !!!
penso che l'incognita corretta sia la potenza $ P $ trasportata dal raggio
nel tempo $ Deltat $ esso fornisce all'acqua un' energia $ E=PDeltat $
se $ c $ è il calore specifico dell'acqua,$ m $ la sua massa e $ DeltaT $ la sua variazione di temperatura,si ha
$ PDeltat=mcDeltaT $[/quote]
no il $ Deltat $ è il tempo che ci mette il volume d'acqua ad innalzarsi di una certa temperatura non la potenza trasportata dal raggio in quel $ Deltat $ ; quella per semplicità la considero costante come considero in prima approssimazione il raggio normale alla superficie dell'acqua e la riflessione di quest'ultimo nulla. Questo in via semplificativa poichè per tenere conto della riflessione del raggio devo poi calcolare l'angolo e moltiplicare per un coefficiente. Quello però lo so fare, che non so fare è il punto esposto al messaggio precendete, sono ingegnere non fisico e penso mi manchino le basi per questi problemi di fisica applicata
[/quote]scusa ,ma hai letto bene quello che ho scritto
$P$ potenza del raggio
$PDeltat$ energia fornita dal raggio nel tempo $Deltat$
come ti è stato detto anche da ralf86,non ha senso calcolare la temperatura del raggio
la temperatura del punto di convergenza devo calcolare calcolando in quanto tempo mi alza la temperatura di un dato volume di acqua
Intervengo solo per dire che
un raggio di luce ha un energia proporzionale alla sua frequenza $ E=h*nu $ ( un raggio ultravioletto è più energetico di un raggio visibile. Per un valore medio di energia Ti hanno già dato indicazioni.
La temperatura dell'acqua si innalzerà proporzionalmente alla capacità termica $ DeltaT=Q/(c*m) $ dove m è la massa dell'acqua c è il calore spacifico dell'acqua pari a 4186 $ J/(Kg)°K $ (secondo Wikipedia)
Per sapere a che temperatura fonde il vetro conviene IMVHO consultare una tabella.
L.
un raggio di luce ha un energia proporzionale alla sua frequenza $ E=h*nu $ ( un raggio ultravioletto è più energetico di un raggio visibile. Per un valore medio di energia Ti hanno già dato indicazioni.
La temperatura dell'acqua si innalzerà proporzionalmente alla capacità termica $ DeltaT=Q/(c*m) $ dove m è la massa dell'acqua c è il calore spacifico dell'acqua pari a 4186 $ J/(Kg)°K $ (secondo Wikipedia)
Per sapere a che temperatura fonde il vetro conviene IMVHO consultare una tabella.
L.
ma io so a che temperatura fonde il vetro e quanta energia serve per alzare l'acqua. Che non risco a calcolare è la temperatura del punto luminoso di convergenza dei raggi solari sotto una lente. Per quanto riguarda l'energia di un raggio è un'informazione che non mi serve perchè il considero solo i raggi solari ipotizzando un'energia in via semplificativa di 1000 W/m2
Il punto di convergenza del raggio luminoso non ha nessuna temperatura, il raggio trasmette una potenza termica alla superficie che colpisce.
Posso chiederti qual'è la tua specializzazione in Ingegneria, che corso hai fatto?
Posso chiederti qual'è la tua specializzazione in Ingegneria, che corso hai fatto?
Ti faccio notare che quella potenza termica per unità di superficie pari a $1 (kW)/m^2$ che si assume convenzionalmente come valore approssimato per difetto della costante solare, vale per un irraggiamento naturale, cioè senza mettere di mezzo una lente convergente.
Ma se concentri i raggi luminosi con una lente, allora è ben altra la potenza termica trasmessa: un semplice foglio di carta, esposto al Sole, si riscalda, ma se ci mandi su un fascio concentrato con una lente, lo bruci abbastanza in fretta.
Come fece Archimede con i suoi specchi ustori per bruciare le navi romane.
Che io sappia, credo che non esistano formule al riguardo. Puoi solo fare delle prove pratiche.
Ma posso sbagliarmi...
Ma se concentri i raggi luminosi con una lente, allora è ben altra la potenza termica trasmessa: un semplice foglio di carta, esposto al Sole, si riscalda, ma se ci mandi su un fascio concentrato con una lente, lo bruci abbastanza in fretta.
Come fece Archimede con i suoi specchi ustori per bruciare le navi romane.
Che io sappia, credo che non esistano formule al riguardo. Puoi solo fare delle prove pratiche.
Ma posso sbagliarmi...
"ralf86":
Il punto di convergenza del raggio luminoso non ha nessuna temperatura, il raggio trasmette una potenza termica alla superficie che colpisce.
Posso chiederti qual'è la tua specializzazione in Ingegneria, che corso hai fatto?
Ing civile ambientale. Comunque so che non ha temperatura ma se si mettesse un termometro nel punto di convergenza quel termometro segnerebbe una temperatura. Non si sono formule per calcolare quella temperatura?
Certo. Immaginiamo di fare l'esperimento:
il termometro all'inizio segna la temperatura ambiente, iniziamo a puntare sul bulbo il raggio solare focalizzato, il bulbo a poco a poco si riscalderà e raggiungerà' (se non scoppia prima) una una temperatura di regime che dipende ad esempio anche da quanto il termometro cede calore all'ambiente. Tanto per intenderci, piu' l'ambiente e' ventilato piu la temperatura di regime sara' bassa.
Quindi il raggio luminoso non impone nessuna temperatura, perché' a parità di raggio basta che cambio la ventilazione della stanza e ho diverse temperature dell'oggetto colpito
il termometro all'inizio segna la temperatura ambiente, iniziamo a puntare sul bulbo il raggio solare focalizzato, il bulbo a poco a poco si riscalderà e raggiungerà' (se non scoppia prima) una una temperatura di regime che dipende ad esempio anche da quanto il termometro cede calore all'ambiente. Tanto per intenderci, piu' l'ambiente e' ventilato piu la temperatura di regime sara' bassa.
Quindi il raggio luminoso non impone nessuna temperatura, perché' a parità di raggio basta che cambio la ventilazione della stanza e ho diverse temperature dell'oggetto colpito
"ralf86":
Certo. Immaginiamo di fare l'esperimento:
il termometro all'inizio segna la temperatura ambiente, iniziamo a puntare sul bulbo il raggio solare focalizzato, il bulbo a poco a poco si riscalderà e raggiungerà' (se non scoppia prima) una una temperatura di regime che dipende ad esempio anche da quanto il termometro cede calore all'ambiente. Tanto per intenderci, piu' l'ambiente e' ventilato piu la temperatura di regime sara' bassa.
Quindi il raggio luminoso non impone nessuna temperatura, perché' a parità di raggio basta che cambio la ventilazione della stanza e ho diverse temperature dell'oggetto colpito
ok, ma il mio termometro arriva massimo a 200 gradi, non c'è un modo per calcolare a che temperatura arrivo per via teorica e non sperimentale?
Beh, se pensi al tuo punto come qualcosa di immateriale non vai molto lontano, secondo me...
Se invece ipotizzi di avere una massa piccola quanto vuoi tu, fatta di vetro o acqua o quello che vuoi tu, che quindi possiede certe caratteristiche fisiche, immersa in un ambiente che ha una certa temperatura e che riceve una certa energia cosante nel tempo, con le solite formule (che ti hanno già detto) puoi stimare diverse situazioni e fartene un'idea.
IMHO, ovviamente.
Cordialmente, Alex
Se invece ipotizzi di avere una massa piccola quanto vuoi tu, fatta di vetro o acqua o quello che vuoi tu, che quindi possiede certe caratteristiche fisiche, immersa in un ambiente che ha una certa temperatura e che riceve una certa energia cosante nel tempo, con le solite formule (che ti hanno già detto) puoi stimare diverse situazioni e fartene un'idea.
IMHO, ovviamente.
Cordialmente, Alex
"axpgn":
Beh, se pensi al tuo punto come qualcosa di immateriale non vai molto lontano, secondo me...
Se invece ipotizzi di avere una massa piccola quanto vuoi tu, fatta di vetro o acqua o quello che vuoi tu, che quindi possiede certe caratteristiche fisiche, immersa in un ambiente che ha una certa temperatura e che riceve una certa energia cosante nel tempo, con le solite formule (che ti hanno già detto) puoi stimare diverse situazioni e fartene un'idea.
IMHO, ovviamente.
Cordialmente, Alex
infatti questo è l'esperimento che volevo fare, ma il mio problema è che non riesco a mettere insieme le formule per trovare un equazione T°= ---qualcosa---
Beh .. per fare una stima grossolana le formule che ti hanno dato sono sufficienti ...
Non che mi ricordi granché ma la variazione di temperatura di un corpo a cui fornisci energia è $DeltaT=Q/(c_sm)$ e introducendo la potenza diventa $T_(f) = T_i+(P(Deltat))/(c_sm)$.
Per avere un'idea di come varia la temperatura nel tempo dovrebbe bastare e son tutti elementi che dovresti poter stimare agevolmente. Ovvio che poi va affinata, per esempio va introdotta la perdita di energia dovuta alla dispersione del calore nell'ambiente e così via ...
Non che mi ricordi granché ma la variazione di temperatura di un corpo a cui fornisci energia è $DeltaT=Q/(c_sm)$ e introducendo la potenza diventa $T_(f) = T_i+(P(Deltat))/(c_sm)$.
Per avere un'idea di come varia la temperatura nel tempo dovrebbe bastare e son tutti elementi che dovresti poter stimare agevolmente. Ovvio che poi va affinata, per esempio va introdotta la perdita di energia dovuta alla dispersione del calore nell'ambiente e così via ...
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