Õpilased esitavad füüsikatunnis keerulisi küismusi. Teinekord on raske aru saada, millest jutt või on teema küsijale nii võõras, et terminid ja ühikud lähevad sassi. Kas ja kuidas vastata vigasele küsimusele?
Küsimus, mis haakub üheksanda klassi soojushulga arvutamise teemaga.
Kui palju kulub energiat 100 liitri vee temperatuuri tõstmiseks 40-ne kraadini. Kui mitu kw/h selleks kulub, ehk palju see on eurodes?
[See ei tundu olevat füüsika ülesanne. Pigem on tegemist internetifoorumi tüüpi küsimusega, enne küsi, siis mõtle. Ja küsimus on vigane.
Vigase ülesande võib vahele jätta, aga võib ka püüda parandada ja ikkagi ära lahendada. Mõnikord võib sellest isegi õppida. On olemas ka meelega vigaste ülesannete tüüp, kus lõpuks küsitakse, mis oli valesti.]
Parandame kõigepealt andmetes esinevad vead ja leiame küsitavad kohad.
A) Võimalik, et on mõeldud vee soojendamist 40 kraadi võrra (Δt°=40°C). Kui on mõeldud siiski 40 kraadini, siis on vaja teada, kui külm vesi algul oli. Külma kraanivee temperatuur on umbes 8°C, st tuleb soojendada 32 kraadi võrra
(Δt°=t°alg-t°lõpp=32°C).
B) Ei ole olemas ühikut kw/h. Töö ja energia süsteemiväline, laialt kasutatav ja praktiline ühik on kW·h (kilovatt-tund). W nagu James Watt (1736-1819), šoti leiutaja ja mehaanikainsener, aurumasinate täiustaja. 1kW·h=3,6MJ.
C) Lõppküsimus on rahaline, aga pole vähimatki vihjet, millise kütusega ja mis seadmes peaksime vett soojendama. Paratamatult tuleb kinni maksta soojuskaod, mille kohta pole ka midagi teada.
[kW/h ei ole siiski päris mõttetu ühik. Võimsus on ajaühikus tehtud töö ehk kulutatud energia. (N=ΔE/t). Võib öelda, et võimsus on energia tarbimise (muundamise) kiirus. Muutuva võimsuse korral on lihtne ette kujutada võimsuse muutumise kiirust (X=ΔN/t=ΔE/t2). See on energia kulutamise kiirendus, SI ühikuga W/s=J/s2.
Hüdroelektrijaam saavutab 1MW võimuse 15 minutiga. Kui suur on jaama käivitamise kiirus?
Analüüsige ühikut üks kilovatt-tund aastas. Mille ühik see on? Kui palju see on SI ühikutes ja SI põhiühikutes?]
mvesi=100kg
cvesi=4200J/kg·C°
Δt°=32°C
---------------
Q – ?
[Massi võib tiheduse kaudu arvutada või loota, et see on kõigile teada. Kindlasti ei tohi kirjutada 100l võrdub 100kg. Tabelist leitud erisoojusele võib panna võrdväärse ühiku J/kg·K. Võimalik, et Δt°=40°C, oleneb vigase küsimuse tõlgendusest.]
Q=cmΔt°
---------------
Q=4200·100·32=13440000J=13,4MJ=3,7kW·h
Mis see maksab? Aga kuidas ja millega kütame?
Tõenäoliselt on küsimus esitatud elektribolieri kohta. Elektrienergia hind on tänapäeval rohkem ühiskonna- ja majandusõpetuse tunni kui füüsika teema. Üht-teist sõltub olukorrast turul, lepingutesse pandud otsustest, asukohast, ööst ja päevast, maksudest. Üsna ebamäärase keskmisena võib kirja panna tariifi 12 senti kW·h eest (elektrienergia koos võrgutasu ja kõigi maksude ning tasudega). Sel juhul kulub 45 senti.
Kütuste põletamisega vee soojendamisel lähevad arvesse kütuse kütteväärtus (k), põletamise ja soojushulga veele ülekandmise kasutegurid.
Mõnede tuntud kütuste umbkaudne kulu eelpool arvutatud soojushulga saamiseks:
Veeldatud segugaas (propaan-butaan, balloonigaas) k=46MJ/kg – 290g – 66 senti.
Halupuud k=1300kW·h/rm=13MJ/kg – 1kg – 15 senti.
Puitpelletid k=18MJ/kg – 740g – 14 senti.
[Põlemisest, kütteseadmete konstruktsioonist ja kasuteguritest kirjutatakse pakse raamatuid ja kaitstakse teaduskraade. Teema on huvitav ja kasulik, head pesupäeva!]