Cà phê viên nang ấm hơn

Tôi muốn làm một viên nang nhỏ mà bạn có thể ném vào cà phê của mình và giữ ấm (không nóng, giả sử khoảng 40-50C).

Ở nơi đầu tiên, tôi không quan tâm đến việc cung cấp năng lượng - tôi sẽ có 2 dây đi vào cà phê của mình. Tuy nhiên tôi quan tâm đến việc nó có khả năng chịu nước

Tôi tìm thấy điện trở dây vết thương, nó sẽ làm công việc?

Tiếp theo, có bất kỳ cơ hội để đóng gói "thứ" (điện trở) và pin trong gói kích cỡ cr2032 không? Tôi cần pin kéo dài 1-2 giờ.

LƯU Ý: Tôi không muốn "làm nóng" cà phê của mình (từ 20C đến 50) nhưng để làm chậm sự mất nhiệt. Vì vậy, giả sử cà phê của tôi là ~ 60C và tôi cần trở thành @ ~ 50C 1 giờ sau đó.

Thử nghiệm cuối cùng: Tôi thực sự đã đặt mua điện trở 5W 8.2Ohm và trong khoảng 30-45 ', nó có thể CẢNH BÁO một cốc nước bằng gốm khoảng 15C đến nhiệt độ ấm như 25-30C, nhiều hơn tôi mong đợi (tôi chỉ muốn làm chậm thời gian "làm lạnh" cà phê của tôi) @ 5V vẽ tối thiểu 480mA và tối đa 540mA. Các phép đo nhiệt độ được thực hiện bằng ngón tay của tôi nhưng đó thực sự là loại chính xác mà tôi cần (việc rút amp được thực hiện với một đồng hồ đo amp chính xác thực tế và nguồn cung cấp là PC PSU 300W nên điện áp rất ổn định 5-5,1 Vôn). KUDOS ĐẾN TRẢ LỜI !!! : D

Ý nghĩ: Trong thử nghiệm của tôi, tôi có điện trở trong nước và nó bắt đầu "hòa tan" vì vậy KHÔNG có cách nào bạn có thể đặt nó vào đồ uống của mình.

Tôi đã chán ngấy và chỉ cần đặt 5 điện trở 8.2Ohm dưới cốc của mình và hoàn thành. Nó thực sự hoạt động ...

Định luật làm mát của Newton - Scala graduum caloris

Nhiệt mà sắt nóng, trong một thời gian xác định, truyền đến các vật thể lạnh gần nó, nghĩa là nhiệt mà sắt mất đi trong một thời gian nhất định là toàn bộ nhiệt của sắt; và do đó, nếu thời gian làm mát bằng nhau được thực hiện, mức độ nhiệt sẽ theo tỷ lệ hình học

$\frac{dQ}{dt} = h\cdot A \cdot \Delta T(t)$

Q = Nhiệt năng (tốc độ làm mát)

h = Coef truyền nhiệt - Lấy tối thiểu 3Wm-2K-1 [1]

A = Diện tích truyền nhiệt - , lấy cốc có đường kính 8cm = 0,02m2$\pi r^2$

$\Delta T$ = Nhiệt độ của vật thể - Nhiệt độ xung quanh = 50 - 22 = 28

Do đó, tốc độ làm mát là: 3 * 0,02 * 28 = 1,68W

Đây là những gì bạn cần để truy cập. Vì vậy, bạn cần một điện trở để chuyển 1,68Watts.

Lấy pin AA điển hình: 1,5V @ 3,9Wh (kiềm điển hình). Điều này có khả năng có thể cung cấp năng lượng cần thiết cho 1-2h yêu cầu của bạn (2.32h).

Do đó, từ R sẽ cần phải là: , nhưng điều này tương đương với 1.12A TIẾP TỤC từ một AA, điều này sẽ không xảy ra (50mA là một cống tiêu biểu)$P = \frac{V^2}{R}$$1.339\Omega$

Điều này sẽ cho bạn thấy phương pháp cần thiết & một trường hợp đơn giản của việc tìm kiếm một pin phù hợp, điện trở phù hợp, cho môi trường nhất định.

[1] http://www.engineeringtoolbox.com/convective-heat-transfer-d_430.html

Bạn cần đo mức độ mất nhiệt trong cốc khoảng 50 ° C.

• Đo dung tích cốc.
• Đổ đầy nước nóng hoặc cà phê.
• Chèn đầu dò nhiệt độ và đóng nắp càng nhiều càng tốt. Sử dụng băng để ngăn chặn bất kỳ rò rỉ nhiệt.
• Ghi lại sự giảm nhiệt độ theo thời gian trong vùng quan tâm.

Mất điện (và năng lượng cần thiết để duy trì nhiệt độ) sẽ được cung cấp bởi

Trong đó T = nhiệt độ giảm (° C), m = khối lượng (kg), SHC = nhiệt dung riêng của nước (4200 J · kg ^-1 · K ^-1 ) và t = thời gian (s).

Tôi đã chạy thử nghiệm với 400 ml cà phê (0,4 kg) và phải mất 21 phút để làm lạnh từ 53,5 đến 52 ° C. Đưa chúng vào công thức chúng ta có

Đây là năng lượng liên tục cần thiết để cung cấp để duy trì 50 ° C trong lượng cà phê đó trong cốc của tôi. Để sưởi ấm trong hai giờ, bạn sẽ cần pin 4 Wh.

Các phòng thí nghiệm thiết lập nhà bếp.

Tôi đã ngạc nhiên khi thấy chất cách nhiệt trên cốc tốt như thế nào.

Một điều chưa được đề cập là bạn thực sự muốn giảm nhiệt cho đến khi nhiệt độ giảm xuống 50 ° C. Điều đó ngụ ý một số thiết bị điện tử hoặc bộ điều chỉnh nhiệt trong sên của bạn.

Gia nhiệt thay đổi pha

Lưu ý phần này không cung cấp giải pháp điện cho câu hỏi ban đầu nhưng câu hỏi khiến tôi tra cứu thông tin và tôi cung cấp nó như một giải pháp thay thế.

Trong quá trình thay đổi pha từ lỏng sang rắn, vật liệu tỏa nhiệt ẩn. Nhiệt độ không đổi cho đến khi quá trình chuyển pha hoàn thành. Tôi đã thực hiện tìm kiếm trên web các vật liệu thay đổi pha với nhiệt độ thay đổi pha khoảng 50 ° C và tìm thấy một bài viết thú vị về Pizza ngon hơn với Vật liệu thay đổi pha trong đó tác giả mô tả một dự án của sinh viên để giữ pizza ở nhiệt độ ăn trong thời gian dài .

Nhiệt độ so với thời gian trong quá trình làm mát thay đổi pha.

Bài viết này dẫn tôi đến savEnerg liệt kê PCM-OM55P của họ có nhiệt độ thay đổi pha là 55 ° C, gần như hoàn hảo cho ứng dụng này. Nhiệt ẩn được đưa ra là 210 kJ / kg. Thời gian cho một số số!

Hãy nói rằng chúng tôi có thể chịu đựng 100 g vật liệu này trong cốc của chúng tôi. (Mật độ là 0,84 kg / lít nên thể tích của nó sẽ là ). Nếu chúng ta làm nóng nó lên và chuyển nó sang dạng lỏng sau đó trên hạ nhiệt nó sẽ phát ra .$\frac{100}{0.84} = 120 ml$$210,000 J/kg \times 0.1 kg = 21,000 J$

Vì một watt là một joule mỗi giây và chúng tôi cần 2 W để chống mất nhiệt ở 50 ° C, thời gian để thực hiện quá trình chuyển đổi là . Điều này, tôi đề nghị, đáp ứng yêu cầu của OP.$t = {21,000\over2} = 10,500 s = 2.9 hours$

Có một vài cân nhắc thực tế.

• Các vật liệu thay đổi pha cần phải được làm nóng. Đây không phải là một vấn đề nếu có đủ năng lượng để pha một cốc cà phê.
• Nhiệt độ hoạt động tối đa PCM-OM55P là 80 ° C. Tôi sẽ để người đọc tìm ra cách không làm quá nóng vật liệu thay đổi pha.
• Tôi không biết định dạng nào của tài liệu có sẵn và làm thế nào nó sẽ được đóng gói cho ứng dụng này.

Về mặt tích cực không có điện và nó nên có một cuộc sống lâu dài. Giải pháp tốt nhất là cách đơn giản nhất có hiệu quả!

Đối với điện áp thấp, bạn có thể thoát ra mà không cách điện phần tử vì nước sẽ có điện trở cao hơn và bạn sẽ không nhận được nhiều dòng điện. Đối với điện áp cao hơn, cách điện để ngăn ngừa điện giật. Dù sao, bạn cũng có thể muốn cách điện để tránh điện phân trong trường hợp phần tử bị vỡ. Ngoài ra, rất khó có khả năng các nhà sản xuất điện trở quan tâm để làm cho nó an toàn thực phẩm, vì vậy bạn có lẽ tốt hơn là đặt một lớp phủ cách điện sạch sẽ trên nó.

Một CR2032 có thể tích gần 1ml. Để làm ấm 250ml cà phê từ 10 ° C đến 50 ° C là 4181 J / L ° * 0,25L * 40 ° ~ = 42kJ. Điều này có nghĩa là bạn cần mật độ năng lượng 42MJ / L.

Bạn không có cơ hội làm điều này với một pin. Nhiên liệu phản lực đến gần nhưng cũng cần một chất oxy hóa và một cái gì đó để điều chỉnh phản ứng , vì vậy có thể có thể trong 3ml. Nhưng nếu bạn thực sự muốn một cái gì đó nhỏ để tạo ra đủ nhiệt để làm ấm một tách cà phê, bạn cần những viên thorium.

Các máy hâm nóng cà phê ngoài kệ là dung dịch xúc tác hoặc gel tỏa nhiệt khi kết tinh và lớn hơn nhiều so với tế bào CR2032.

Ngoài ra, nếu bạn bỏ thứ gì đó nhỏ vào cà phê, bạn có thể nuốt nhầm.