Как да изчислим времето за загряване на обект

Различните материали се загряват с различна скорост и изчисляването на това колко време ще отнеме повишаването на температурата на даден обект с определено количество е често срещан проблем за студентите по физика. За да го изчислите, трябва да знаете специфичния топлинен капацитет на обекта, масата на обекта, промяната в температурата, която търсите, и скоростта, с която се подава топлинна енергия към него. Вижте това изчисление, извършено за вода и насочете, за да разберете процеса и как се изчислява като цяло.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Изчислете топлината (Въпрос:) се изисква с помощта на формулата:

Въпрос: = mcT

Където м означава масата на обекта, ° С означава специфичния топлинен капацитет и ∆T е промяната в температурата. Отнемането на време (T) за нагряване на обекта, когато енергията се подава на мощност P се дава от:

T= Въпрос: ÷ P

Формулата за количеството топлинна енергия, необходимо за постигане на определена промяна в температурата, е:

Въпрос: = mcT

Където м означава масата на обекта,

instagram story viewer
° С е специфичният топлинен капацитет на материала, от който е направен и ∆T е промяната в температурата. Първо, изчислете промяната в температурата, като използвате формулата:

T = крайна температураначална температура

Ако загрявате нещо от 10 ° до 50 °, това дава:

T = 50° – 10°

= 40°

Имайте предвид, че докато Целзий и Келвин са различни единици (и 0 ° C = 273 K), промяната от 1 ° C се равнява на промяна от 1 K, така че те могат да се използват взаимозаменяемо в тази формула.

Всеки материал има уникален специфичен топлинен капацитет, който ви казва колко енергия е необходима, за да се нагрее с 1 градус по Келвин (или 1 градус по Целзий), за определено количество вещество или материал. Намирането на топлинния капацитет за вашия конкретен материал често изисква справка с онлайн таблици (вж. Ресурси), но ето някои стойности за ° С за обикновени материали, в джаули за килограм и за Келвин (J / kg K):

Алкохол (пиене) = 2 400

Алуминий = 900

Бисмут = 123

Месинг = 380

Мед = 386

Лед (при −10 ° C) = 2050

Стъкло = 840

Злато = 126

Гранит = 790

Олово = 128

Меркурий = 140

Сребро = 233

Волфрам = 134

Вода = 4,186

Цинк = 387

Изберете подходящата стойност за вашето вещество. В тези примери акцентът ще бъде върху водата (° С = 4,186 J / kg K) и олово (° С = 128 J / kg K).

Крайното количество в уравнението е м за масата на обекта. Накратко, отнема повече енергия за нагряване на по-голямо количество материал. Така че, например, представете си, че изчислявате топлината, необходима за нагряване на 1 килограм (кг) вода и 10 кг олово с 40 К. Формулата гласи:

Въпрос: = mcT

Така че за примера с водата:

Въпрос: = 1 kg × 4186 J / kg K × 40 K

= 167 440 J

= 167,44 kJ

Така че са необходими 167,44 килоджаула енергия (т.е. над 167 000 джаула), за да се загрее 1 кг вода с 40 K или 40 ° C.

За олово:

Въпрос: = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K

= 51,200 Дж

= 51,2 kJ

Така че отнема 51,2 kJ (51 200 джаула) енергия, за да се загреят 10 kg олово с 40 K или 40 ° C. Имайте предвид, че е необходимо по-малко енергия, за да се загрее десет пъти повече олово със същото количество, тъй като оловото се загрява по-лесно от водата.

Мощността измерва доставената енергия в секунда и това ви позволява да изчислите времето, необходимо за нагряване на въпросния обект. Отнема време (T) се дава от:

T= Въпрос: ÷ P

Където Въпрос: е топлинната енергия, изчислена в предходната стъпка и P е мощността във ватове (W, т.е. джаули в секунда). Представете си, че водата от примера се загрява от кана с мощност 2 kW (2000 W). Резултатът от предишния раздел дава:

T= 167440 J ÷ 2000 J / s

= 83,72 s

Така че отнема малко по-малко от 84 секунди, за да загреете 1 кг вода с 40 K с помощта на 2-кВт чайник. Ако захранването към 10-килограмовия блок олово се извършва със същата скорост, отоплението ще отнеме:

T= 51200 J ÷ 2000 J / s

= 25,6 s

Така че отнема 25,6 секунди за нагряване на оловото, ако топлината се подава със същата скорост. Отново това отразява факта, че оловото се загрява по-лесно от водата.

Teachs.ru
  • Дял
instagram viewer