2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

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Manu1981
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2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von Manu1981 » 10. Sep 2019, 13:43

Hallo,

ich bin Manuel, komme aus JO30XG und lerne gerade fleißig für meine E-Lizenz (Prüfung am 24.09.!). Eigentlich hat diese Sache nicht direkt etwas mit dem Amateurfunk zu tun, jedoch dachte ich mir, dass ich es trotzdem mal hier versuche bevor ich mich irgendwo anders anmelde und dort nie wieder etwas schreibe. Hier gibt es doch sicher schlaue Köpfe, welche mir weiter helfen können.

Folgende Ausgangssituation:

Zwei runde behälterähnliche Gegenstände (ca. 26 mm Innendurchmesser und 8 mm Höhe) müssten bei -10.....0°C eine gleichmäßige, kontinuierliche Temperatur von ca. 10-20°C abgeben. Als Stromversorgung soll eine Powerbank (mit 5 V / 10.000 mAh / 2 A max) dienen. Also dachte ich mir, ich kaufe einfach ein paar Meter Widerstandsdraht, wickle eine gewisse Länge auf einen Träger und stecke diesen in die "Behälter", welche dann die Wärme abgeben (Oder wären Widerstände in diesem Fall (beschränkter Platz) besser geeignet?).

Aber so einfach ist es ja leider nicht... und somit wollte ich gerade die geeignetste Variante errechnen.

Die Leistung / Länge des Widerstandsdrahts zu errechnen ist absolut kein Problem: Bei einem angenommenen Widerstand von 62,4 Ohm pro Meter Widerstandsdraht würde ich bei einer Länge von 20 cm (12,48 Ohm bei 5 V) auf etwa 2 Watt Leistung kommen.

ABER: Reicht diese Leistung aus um die "Behälter" auf der oben angegebenen Temperatur zu halten? Ich gehe erst einmal nicht davon aus. Viel mehr würde mich jedoch interessieren, wie man errechnet wie viel elektrische Leistung man zuführen muss, um eine Temperaturdifferenz von ca. 20°C zu erhalten....

Vielleicht kann mir hier jemand helfen.....

Vielen Dank im Voraus

Manuel

db6zh
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von db6zh » 10. Sep 2019, 19:29

Du mußt keine Leistung zuführen, sondern Arbeit verrichten (Leistung x Zeit). 1 kg Wasser = 1 Liter, dessen Erwärmung um 1 °C oder K benötigt 1 kcal (Kilokalorie). 1 kWh (KiloWatt-Stunde) entspricht 860kcal. Soweit zur Schulzeit eingebrannt. Rechnen mußt Du jetzt leider selber, dazu bin ICH zu faul. :-)

73 Peter

DK9SAS
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von DK9SAS » 12. Sep 2019, 17:05

Natürlich kürzt sich die Zeit aber wieder heraus, wenn man den Liter Wasser bei gleichbleibenden Umgebungsbedingungen dauerhaft auf einer gewünschten Temperatur halten will (so hab ich die Fragestellung verstanden - es sollen also Verluste durch Wärmeleitung, -strahlung und Konvektion ausgeglichen werden). Einem OXCO muss ich z.B. ebenso dauerhaft eine gewisse Leistung zuführen, damit er die Temperatur hält..

Wie man das in etwa mit Kühlkörpern berechnet (da will man ja eigentlich Bauteile mit einer Verlustleitung x unter einer Maximaltemperatur halten) siehe z.B. zum Einstieg hier: https://www.mikrocontroller.net/article ... %C3%B6rper

db6zh
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von db6zh » 12. Sep 2019, 19:17

Ja, das "Erhalten" ist mehrdeutig. Aber für mehr reichen die Angaben nicht. 73 Peter

DK7IH
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von DK7IH » 12. Sep 2019, 21:09

Hallo Manuel,
Manu1981 hat geschrieben:
10. Sep 2019, 13:43
ABER: Reicht diese Leistung aus um die "Behälter" auf der oben angegebenen Temperatur zu halten? Ich gehe erst einmal nicht davon aus. Viel mehr würde mich jedoch interessieren, wie man errechnet wie viel elektrische Leistung man zuführen muss, um eine Temperaturdifferenz von ca. 20°C zu erhalten....
Du hast es hier mit einem nicht ganz trivialen Problem zu tun. In Deinem Behälter wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt (W.el -> W.therm). Diese wird an das Behälterinnere abgegeben. Hier kommen die bekannten 3 Arten des Wärmetransportes zum Tragen:

a) Wärmeleitung (Konduktion), die aber vernachlässigt werden kann.
b) Die Strahlung, deren Betrag man theoretisch mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz berechnen kann, wenn man den Emissionsgrad Epsilon des Strahlers kennt (P=Epsilon*Sigma*A*T⁴).
c) Wichtigste Übertragungsart ist aber die Konvektion (Wärmetransport durch Strömung eines Stoffes) über das in dem Behälter sich befindende Medium, wahrscheinlich Luft. Hier spielt dann die spez. Wärmekapazität des Stoffes eine Rolle, die festlegt, wie hoch transportierte Energiemenge in Abhängigkeit von der Differenz von T0 und T1 ist ( W=m*c*(T1-T0) ).

Dann kommt die Wand des Behälters, hier ist die Wärmeleitung entscheidend, der sog. "k"-Wert.

Außen hast Du dann wieder die 3 oben genannten Transportarten. Außerdem hängt die Temperatur des Behälters davon ab, ob bei gegebener Außentemperatur durch Luftbewegung die dünne isolierende Luftschicht, die sich um den Behälter bildet, in welchem Umfang abtransportiert wird. Diese wirkt wie eine Isolierung und ihr Fehlen vergrößert die Menge an Energie dW/dt die pro Zeiteinheit abgegeben wird. Je kleiner diese ist, desto höher ist die Temperatur des Behälters.

Eine Berechnung dürfte daran scheitern, dass Du eben nicht alle Parameter dieses einigermaßen komplexen Problems kennst.

vy 73 de Peter

DJ7WW
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von DJ7WW » 12. Sep 2019, 22:04

Manu1981 hat geschrieben:
10. Sep 2019, 13:43

Zwei runde behälterähnliche Gegenstände (ca. 26 mm Innendurchmesser und 8 mm Höhe) müssten bei -10.....0°C eine gleichmäßige, kontinuierliche Temperatur von ca. 10-20°C abgeben. Als Stromversorgung soll eine Powerbank (mit 5 V / 10.000 mAh / 2 A max) dienen. Also dachte ich mir, ich kaufe einfach ein paar Meter Widerstandsdraht, wickle eine gewisse Länge auf einen Träger und stecke diesen in die "Behälter", welche dann die Wärme abgeben (Oder wären Widerstände in diesem Fall (beschränkter Platz) besser geeignet?).
Ja, ich benutze in solchen Fällen Widerstände oder lasse Strom durch Leistungstransistoren fliessen um meine im Freien angebrachten Schaltkästen im inneren oberhalb der Taupunkttemperatur zu halten.
Solche Transistoren oder auch passende Chipwiderstände liessen sich vermutlich auch in Deine Gegenstände einbauen.
Berechnen könntest Du das mit den Formeln für Kühlkörper.

http://www.stegem.de/Elektronik/Kuehlkoerper/kuehl.html

Zum ein- und ausschalten der Spannungsversorgung sollte ein einfacher Thermostat völlig ausreichen, zumal Deine Temperaturtoleranzen sehr groß sind, mehr benutze ich auch nicht

73
Peter

Manu1981
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von Manu1981 » 13. Sep 2019, 10:55

Hallo Peter,

leider bin ich beruflich im Moment so arg eingespannt, dass ich bisher nicht zum Antworten kam. Ich versuche heute Nachmittag, nachdem die Arbeit abgeebbt hat mal mein Glück mit der Berechnung. Ich danke Dir vorerst vielmals für Deine Antwort. Sollte ich nicht klar kommen, schreie ich noch einmal ganz laut. :)

Beste 73's

Manuel

Manu1981
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von Manu1981 » 13. Sep 2019, 10:58

Hallo auch DJ7WW,

auch Dir danke ich natürlich für Deine Antwort. An diesen Ansatz hatte ich noch gar nicht gedacht. Werde mir auch heute Nachmittag einmal den Link anschauen und mich dann noch einmal melden.

Auch zu Dir beste 73

Manuel

Manu1981
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von Manu1981 » 13. Sep 2019, 15:36

Hallo nochmal,

natürlich bedanke ich mich auch bei allen anderen, die geantwortet haben. Ich hatte beim Erstellen der Antwort die Seite nicht aktualisiert weswegen da einiges unterging. Ich setze mich jetzt an die Berechnung. Sollte ich das (noch) nicht hin kriegen, schreie ich noch einmal ganz laut. :)

Beste 73's an alle

Manuel

DK7IH
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Re: 2 Gegenstände Temperatur erhöhen...

Beitrag von DK7IH » 13. Sep 2019, 19:39

Da waren wohl echte Profis dran. "°K". Brrrrrr.

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