كيفية حساب الوقت لتسخين الجسم

الصيغة الخاصة بكمية الطاقة الحرارية المطلوبة لإحداث تغيير معين في درجة الحرارة هي:

س = مولودية∆تي

أين م يعني كتلة الجسم ، ج هي السعة الحرارية النوعية للمادة المصنوعة منها و ∆تي هو التغير في درجة الحرارة. أولاً ، احسب التغير في درجة الحرارة باستخدام الصيغة:

∆تي = درجة الحرارة النهائية – درجة حرارة البداية

إذا كنت تقوم بتسخين شيء ما من 10 درجات إلى 50 درجة ، فهذا يعطي:

∆تي = 50° – 10°

= 40°

لاحظ أنه في حين أن Celsius و Kelvin هما وحدتان مختلفتان (و 0 درجة مئوية = 273 كلفن) ، فإن التغيير بمقدار 1 درجة مئوية يساوي تغييرًا قدره 1 كلفن ، لذلك يمكن استخدامهما بالتبادل في هذه الصيغة.

كل مادة لها سعة حرارية خاصة فريدة ، والتي تخبرك مقدار الطاقة اللازمة لتسخينها بمقدار درجة كلفن واحدة (أو درجة واحدة مئوية) ، لكمية معينة من مادة أو مادة. غالبًا ما يتطلب العثور على السعة الحرارية لموادك المحددة استشارة الجداول عبر الإنترنت (انظر الموارد) ، ولكن فيما يلي بعض القيم ج للمواد الشائعة ، بالجول لكل كيلوغرام ولكل كلفن (J / كجم كلفن):

الكحول (الشرب) = 2400

ألمنيوم = 900

البزموت = 123

نحاس = 380

نحاس = 386

الجليد (عند -10 درجة مئوية) = 2050

زجاج = 840

الذهب = 126

الجرانيت = 790

الرصاص = 128

الزئبق = 140

الفضة = 233

تنجستن = 134

الماء = 4186

الزنك = 387

اختر القيمة المناسبة للمادة الخاصة بك. في هذه الأمثلة ، سيكون التركيز على الماء (ج = 4،186 J / kg K) والرصاص (ج = 128 جول / كجم كلفن).

الكمية النهائية في المعادلة هي م لكتلة الجسم. باختصار ، يتطلب تسخين كمية أكبر من المادة مزيدًا من الطاقة. لذلك على سبيل المثال ، تخيل أنك تحسب الحرارة المطلوبة لتسخين 1 كجم من الماء و 10 كجم من الرصاص بمقدار 40 كلفن. تنص الصيغة على ما يلي:

س = مولودية∆تي

لذلك بالنسبة لمثال الماء:

س = 1 كجم × 4186 ج / كجم ك × 40 ك

= 167،440 جول

= 167.44 كيلو جول

لذلك يتطلب الأمر 167.44 كيلوجول من الطاقة (أي أكثر من 167000 جول) لتسخين 1 كجم من الماء بمقدار 40 كلفن أو 40 درجة مئوية.

للرصاص:

س = 10 كجم × 128 جول / كجم ك × 40 ك

= 51،200 جول

= 51.2 كيلو جول

لذلك يتطلب الأمر 51.2 كيلو جول (51200 جول) من الطاقة لتسخين 10 كجم من الرصاص بمقدار 40 كلفن أو 40 درجة مئوية. لاحظ أنه يتطلب طاقة أقل لتسخين عشرة أضعاف الرصاص بنفس المقدار ، لأن تسخين الرصاص أسهل من تسخين الماء.

تقيس الطاقة الطاقة التي يتم توفيرها في الثانية ، وهذا يتيح لك حساب الوقت المستغرق لتسخين الجسم المعني. الوقت المستغرق (ر) اعطي من قبل:

ر= س ÷ ص

أين س هي الطاقة الحرارية المحسوبة في الخطوة السابقة و ص هي القوة بالواط (W ، أي جول في الثانية). تخيل أن الماء من المثال يتم تسخينه بواسطة غلاية 2 كيلو واط (2000 واط). النتيجة من القسم السابق تعطي:

ر= 167440 جول 2000 جول / ثانية

= 83.72 ثانية

لذلك يستغرق تسخين 1 كجم من الماء بمقدار 40 كلفن باستخدام غلاية 2 كيلو وات أقل من 84 ثانية. إذا تم توفير الطاقة إلى كتلة الرصاص التي يبلغ وزنها 10 كجم بنفس المعدل ، فإن التسخين سيستغرق:

ر= 51200 جول 2000 جول / ث

= 25.6 ثانية

لذلك يستغرق تسخين الرصاص 25.6 ثانية إذا تم توفير الحرارة بنفس المعدل. مرة أخرى ، هذا يعكس حقيقة أن الرصاص يسخن بسهولة أكبر من الماء.