Jak vypočítat čas na ohřátí objektu

Různé materiály se zahřívají různými rychlostmi a výpočet, jak dlouho bude trvat, než se zvýší teplota objektu o určité množství, je běžným problémem studentů fyziky. Chcete-li to vypočítat, potřebujete znát měrnou tepelnou kapacitu objektu, hmotnost objektu, změnu teploty, kterou hledáte, a rychlost, jakou se do něj dodává tepelná energie. Podívejte se na tento výpočet provedený pro vodu a pochopte proces a způsob jeho výpočtu obecně.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Vypočítejte teplo (Q) povinné pomocí vzorce:

Q = mcT

Kde m znamená hmotnost předmětu, C znamená měrnou tepelnou kapacitu a ∆T je změna teploty. Čas potřebný (t) k ohřátí objektu, když je energie dodávána na energii P darováno:

t= Q ÷ P

Vzorec pro množství tepelné energie potřebné k vytvoření určité změny teploty je:

Q = mcT

Kde m znamená hmotnost předmětu, C je měrná tepelná kapacita materiálu, ze kterého je vyroben, a ∆T je změna teploty. Nejprve vypočítáme změnu teploty pomocí vzorce:

T = konečná teplotapočáteční teplota

Pokud ohříváte něco od 10 ° do 50 °, dává to:

instagram story viewer

T = 50° – 10°

= 40°

Všimněte si, že zatímco Celsius a Kelvin jsou různé jednotky (a 0 ° C = 273 K), změna o 1 ° C se rovná změně o 1 K, takže je lze v tomto vzorci použít zaměnitelně.

Každý materiál má jedinečnou specifickou tepelnou kapacitu, která vám řekne, kolik energie je potřeba k jeho zahřátí o 1 stupeň Kelvina (nebo 1 stupeň Celsia) na konkrétní množství látky nebo materiálu. Nalezení tepelné kapacity pro váš konkrétní materiál často vyžaduje prostudování online tabulek (viz Zdroje), ale zde jsou některé hodnoty pro C pro běžné materiály v joulech na kilogram a na Kelvin (J / kg K):

Alkohol (pití) = 2400

Hliník = 900

Vizmut = 123

Mosaz = 380

Měď = 386

Led (při -10 ° C) = 2050

Sklo = 840

Zlato = 126

Žula = 790

Olovo = 128

Rtuť = 140

Stříbro = 233

Wolfram = 134

Voda = 4 186

Zinek = 387

Vyberte vhodnou hodnotu pro svou látku. V těchto příkladech bude důraz kladen na vodu (C = 4 186 J / kg K) a olovo (C = 128 J / kg K).

Konečné množství v rovnici je m pro hmotnost objektu. Stručně řečeno, k zahřátí většího množství materiálu je zapotřebí více energie. Představte si například, že počítáte teplo potřebné k ohřátí 1 kilogramu (kg) vody a 10 kg olova o 40 K. Vzorec uvádí:

Q = mcT

Například pro vodu:

Q = 1 kg × 4186 J / kg K × 40 K.

= 167 440 J

= 167,44 kJ

Zahřátí 1 kg vody o 40 K nebo 40 ° C tedy vyžaduje 167,44 kilojoulů energie (tj. Více než 167 000 joulů).

Pro olovo:

Q = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K.

= 51 200 J.

= 51,2 kJ

K ohřátí 10 kg olova o 40 K nebo 40 ° C je tedy zapotřebí energie 51,2 kJ (51 200 joulů). Pamatujte, že k zahřátí desetkrát většího množství olova na stejné množství vyžaduje méně energie, protože olovo se ohřívá snadněji než voda.

Síla měří energii dodanou za sekundu, což vám umožňuje vypočítat čas potřebný k zahřátí dotyčného objektu. Čas potřebný (t) darováno:

t= Q ÷ P

Kde Q je tepelná energie vypočítaná v předchozím kroku a P je výkon ve wattech (W, tj. joulech za sekundu). Představte si, že vodu z příkladu ohřívá rychlovarná konvice s výkonem 2 kW (2 000 W). Výsledek z předchozí části dává:

t= 167440 J ÷ 2000 J / s

= 83,72 s

Zahřívání 1 kg vody o 40 K pomocí rychlovarné konvice tedy trvá jen necelých 84 sekund. Pokud by byla do 10 kg bloku olova dodávána energie stejnou rychlostí, zahřívání by trvalo:

t= 51200 J ÷ 2000 J / s

= 25,6 s

Zahřívání elektrody tedy trvá 25,6 sekundy, pokud je teplo dodáváno stejnou rychlostí. To opět odráží skutečnost, že olovo se ohřívá snadněji než voda.

Teachs.ru
  • Podíl
instagram viewer