किसी वस्तु को गर्म करने में लगने वाले समय की गणना कैसे करें

तापमान में एक निश्चित परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा का सूत्र है:

क्यू = एम सी∆टी

कहा पे म यानी वस्तु का द्रव्यमान, सी उस सामग्री की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता है जिससे इसे बनाया गया है और

∆टी = अंतिम तापमान – प्रारंभिक तापमान

यदि आप किसी चीज़ को 10° से 50° तक गर्म कर रहे हैं, तो यह देता है:

∆टी = 50° – 10°

= 40°

ध्यान दें कि जबकि सेल्सियस और केल्विन अलग-अलग इकाइयाँ हैं (और 0 °C = 273 K), 1 °C का परिवर्तन 1 K के परिवर्तन के बराबर है, इसलिए इस सूत्र में उनका परस्पर उपयोग किया जा सकता है।

प्रत्येक सामग्री में एक विशिष्ट विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है, जो आपको बताती है कि किसी पदार्थ या सामग्री की एक विशिष्ट मात्रा के लिए इसे 1 डिग्री केल्विन (या 1 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म करने में कितनी ऊर्जा लगती है। अपनी विशिष्ट सामग्री के लिए ताप क्षमता का पता लगाने के लिए अक्सर ऑनलाइन तालिकाओं (संसाधन देखें) से परामर्श की आवश्यकता होती है, लेकिन इसके लिए यहां कुछ मान दिए गए हैं सी सामान्य सामग्री के लिए, जूल प्रति किलोग्राम और प्रति केल्विन (J/kg K):

शराब (पीना) = 2,400

एल्युमिनियम = 900

बिस्मथ = 123

पीतल = 380

कॉपर = ३८६

बर्फ (-10 डिग्री सेल्सियस पर) = 2,050

ग्लास = 840

सोना = 126

ग्रेनाइट = 790

लीड = 128

बुध = 140

चांदी = २३३

टंगस्टन = 134

पानी = ४,१८६

जिंक = 387

अपने पदार्थ के लिए उपयुक्त मूल्य चुनें। इन उदाहरणों में, ध्यान पानी पर होगा (सी = 4,186 J/kg K) और लेड (सी = 128 जे/किग्रा के)।

समीकरण में अंतिम मात्रा है म वस्तु के द्रव्यमान के लिए। संक्षेप में, किसी पदार्थ की अधिक मात्रा को गर्म करने में अधिक ऊर्जा लगती है। तो उदाहरण के लिए, कल्पना कीजिए कि आप 1 किलोग्राम (किलो) पानी और 10 किलो लीड को 40 के तक गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की गणना कर रहे हैं। सूत्र बताता है:

क्यू = एम सी∆टी

तो पानी के उदाहरण के लिए:

क्यू = 1 किग्रा × 4186 जे/किग्रा के × 40 के

= १६७,४४० जे

= १६७.४४ केजे

इसलिए 1 किलो पानी को 40 K या 40 °C गर्म करने में 167.44 किलोजूल ऊर्जा (यानी 167,000 जूल से अधिक) लगती है।

लीड के लिए:

क्यू = 10 किग्रा × 128 जे/किग्रा के × 40 के

= 51,200 जे200

= ५१.२ केजे

तो 10 किलो लेड को 40 K या 40 °C गर्म करने में 51.2 kJ (51,200 जूल) ऊर्जा लगती है। ध्यान दें कि सीसा को उतनी ही मात्रा से दस गुना अधिक गर्म करने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, क्योंकि पानी की तुलना में सीसा को गर्म करना आसान होता है।

शक्ति प्रति सेकंड वितरित ऊर्जा को मापती है, और यह आपको प्रश्न में वस्तु को गर्म करने में लगने वाले समय की गणना करने में सक्षम बनाती है। समय लगेगा (तो) द्वारा दिया गया है:

तो= क्यू ÷ पी

कहा पे क्यू पिछले चरण में गणना की गई ऊष्मा ऊर्जा है और पी वाट में शक्ति है (डब्ल्यू, यानी जूल प्रति सेकंड)। कल्पना कीजिए कि उदाहरण के पानी को 2-kW (2,000 W) केतली द्वारा गर्म किया जा रहा है। पिछले खंड से परिणाम देता है:

तो= १६७४४० जे ÷ २००० जे/एस

= ८३.७२ वर्ग मीटर

इसलिए 2-kW केतली का उपयोग करके 1 किलो पानी को 40 K तक गर्म करने में 84 सेकंड से भी कम समय लगता है। यदि लेड के 10-किलोग्राम ब्लॉक को समान दर से बिजली की आपूर्ति की जाती है, तो हीटिंग की आवश्यकता होगी:

तो= 51200 जे ÷ 2000 जे / एस

= २५.६ s

अतः यदि समान दर से ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है तो लेड को गर्म करने में 25.6 सेकंड का समय लगता है। फिर, यह इस तथ्य को दर्शाता है कि सीसा पानी की तुलना में अधिक आसानी से गर्म होता है।