Εργασία των
Περικλή Κωνσταντίνου-Νικόλαου Ρεμπή
Καίτη Γκόλια και Σαββίνα Γκοβίλα
Τα κεριά είναι πραγματικά ζεστά, προσθέτοντας έναν αέρα οικειότητας και ρομαντισμού σε ένα χαλαρό δείπνο. Αλλά αρχικά ήταν πρακτικές πηγές φωτός, πολύ πιο εύχρηστες από τις λάμπες πετρελαίου. Μάλιστα, σε σύγκριση με μια λάμπα πετρελαίου, το κερί δίνει πολύ φως, και μερικοί λένε ότι είναι ενεργειακά υπεραποδοτική πηγή φωτός. Είναι αλήθεια αυτό; Πόση ενέργεια χρησιμοποιεί ένα αναμμένο κερί;
Σε ένα αναμμένο κερί αισθάνεστε τη θερμότητα που παράγεται, που είναι σημαντική. Μια λογική εικασία είναι ότι ένα κερί παράγει το ίδιο ποσό θερμότητα με ένα λαμπτήρα πυρακτώσεως 100 watt, αφού και οι δύο μπορούν να κάψουν το χέρι σου.
Ωστόσο, δεν χρειάζεται να μαντέψετε: μπορείτε εύκολα να μετρήσετε την ενέργεια που δαπανάται από το κερί υποδεικνύοντας πόσο κερί καίει σε ορισμένο χρόνο. Συνδυάστε αυτή με τη θερμότητα της καύσης του κεριού (βλ. πλαίσιο Θερμότητα κεριών), και θα διαπιστώσετε ότι ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας είναι περίπου 100 τζάουλ ανά δευτερόλεπτο, που είναι 100W. Ωστόσο, το φως που παράγεται είναι πολύ μικρότερο από αυτό ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως 100W, πόσο μάλλον από ένα λαμπτήρα οικονομίας-φθορισμού ή λαμπτήρα LED (δίοδος εκπομπής φωτός) των οποίων η ισχύς ανέρχεται στα 100 W.
Η ισχύς ενός αντικειμένου είναι ένα μέτρο της ενέργειας που απαιτείται για να λειτουργήσει, όχι της ενέργειας που εκπέμπει με τη μορφή φωτός: ένα ηλεκτρικό καλοριφέρ καταναλώνει 1.000W, αλλά κανείς δεν θα το αποκαλούσε καλή πηγή φωτός. Ακτινοβολεί κυρίως στο υπέρυθρο που τα μάτια σας δεν μπορούν να δουν. Όταν όμως μιλάμε για «φως», εννοούμε ακτινοβολία που μπορεί να ανιχνευθεί από τα μάτια σας, συγκεκριμένα από τους φωτοϋποδοχείς ραβδία και κωνία του αμφιβληστροειδή σας. Αυτός ο τύπος ορατής ακτινοβολίας δεν μετριέται σε watt, αλλά σε lumens. Η απόδοση μιας φωτεινής πηγής καθορίζεται από τη ποσότητα φωτός που δίνει (σε lumens) ανά μονάδα ενέργειας που καταναλώνεται (σε watt), επομένως η απόδοση εκφράζεται ως “lumens ανά watt”.
Από αυτή την άποψη, ένα κερί έχει κακή απόδοση, αφού παράγει περίπου 0,15 lm/W, ενώ ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως δίνει περίπου 12 lm/W – 80 φορές περισσότερο. Οι λαμπτήρες LED λειτουργούν ακόμα καλύτερα: στα 80lm/W είναι πάνω από 500 φορές πιο αποτελεσματικοί από το κερί!
Ωστόσο, αυτό δεν είναι ακριβές, γιατί η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται σε έναν σταθμό παραγωγής ενέργειας, ο οποίος δεν είναι πολύ αποδοτικός. Η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείτε στο σπίτι σας αντιπροσωπεύει μόνο το 1/3 της ενέργειας που χρειάζεται ο σταθμός παραγωγής ενέργειας για να την παράγει, έτσι ίσως η λυχνία LED είναι μόνο 500/3 = 167 φορές καλύτερη από το κερί, αλλά είναι ακόμα πολύ αποδοτικότερη. Έτσι, ενώ τα κεριά μπορεί να δημιουργήσουν μια ρομαντική ατμόσφαιρα ή ακόμη να σας βοηθήσουν να θερμάνετε το σπίτι σας με 100 Watt το καθένα, αν θέλετε να παράγουν πολύ φως, ίσως είναι καλύτερα να τα πετάξετε στο φούρνο ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού και μετά να πάτε σπίτι σας και να χρησιμοποιήστε ηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτήσετε μια λάμπα LED
Θερμότητα κεριώνΓια να μάθετε πόσο κερί λιώνει όταν χρησιμοποιείται ένα αναμμένο κερί, ζυγίστε το πριν και μετά την καύση του για μια ώρα (βεβαιωθείτε ότι μετράτε προσεκτικά το χρονικό διάστημα). Δεν είναι όλα τα κεριά ίδια και δεν είναι όλες οι φλόγες ίδιες, αλλά σ’ ένα τυπικό κερί καίγονται περίπου 8 γραμμάρια κεριού ανά ώρα. Αναζητήστε τη θερμότητα καύσης του κεριού: είναι περίπου 48 kJ ανά γραμμάριο, οπότε 8 γραμμάρια αντιπροσωπεύουν 8 × 48 kJ = περίπου 380 kJ θερμότητας, που παράγεται σε 1 ώρα, ή 380.000 J σε 3.600 δευτερόλεπτα = 105 J σε ένα δευτερόλεπτο, το οποίο εξ ορισμού είναι 105 W. Όπως είδαμε, τα 105 W αφορούν την ενέργεια που χρησιμοποιεί ένα άτομο όταν δεν κάνει βαριά άσκηση. Μπορείς να το ελέγξεις αυτό. Χρησιμοποιώντας 100 W για μία ημέρα, δηλαδή για 24 ώρες × 3.600 δευτερόλεπτα /ώρα, έχουμε 100 × 24 × 3.600 J – ή 8.640 kJ. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί σε θερμίδες μιας απόλυτα φυσιολογικής διατροφής για έναν ενήλικα. |
Everyday Physics:Unusual insights into familiar things, Jo Hermans
