Bahan yang berbeda memanas pada tingkat yang berbeda, dan menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda dengan jumlah tertentu adalah masalah umum bagi siswa fisika. Untuk menghitungnya, Anda perlu mengetahui kapasitas panas spesifik benda, massa benda, perubahan suhu yang Anda cari, dan laju energi panas yang disuplai ke sana. Lihat perhitungan yang dilakukan untuk air ini dan arahkan untuk memahami proses dan cara penghitungannya secara umum.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Hitung panas (Q) diperlukan dengan menggunakan rumus:
Q = mc∆T
Dimana saya berarti massa benda, c singkatan dari kapasitas panas spesifik danT adalah perubahan suhu. Waktu yang dibutuhkan (untuk) untuk memanaskan benda ketika energi disuplai dengan daya P diberikan oleh:
untuk= Q ÷ P
Rumus untuk jumlah energi panas yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan suhu tertentu adalah:
Q = mc∆T
Dimana saya berarti massa benda, c adalah kapasitas panas spesifik bahan pembuatnya danT adalah perubahan suhu. Pertama, hitung perubahan suhu menggunakan rumus:
∆T = suhu akhir – suhu awal
Jika Anda memanaskan sesuatu dari 10 ° hingga 50 °, ini memberikan:
∆T = 50° – 10°
= 40°
Perhatikan bahwa meskipun Celcius dan Kelvin adalah satuan yang berbeda (dan 0 °C = 273 K), perubahan 1 °C sama dengan perubahan 1 K, sehingga keduanya dapat digunakan secara bergantian dalam rumus ini.
Setiap bahan memiliki kapasitas panas spesifik yang unik, yang memberi tahu Anda berapa banyak energi yang diperlukan untuk memanaskannya sebesar 1 derajat Kelvin (atau 1 derajat Celcius), untuk sejumlah zat atau bahan tertentu. Menemukan kapasitas panas untuk bahan spesifik Anda sering kali memerlukan konsultasi tabel online (lihat Sumberdaya), tetapi berikut adalah beberapa nilai untuk c untuk bahan umum, dalam joule per kilogram dan per Kelvin (J/kg K):
Alkohol (minum) = 2.400
Aluminium = 900
Bismut = 123
Kuningan = 380
Tembaga = 386
Es (pada 10° C) = 2.050
Kaca = 840
Emas = 126
Granit = 790
Timbal = 128
Merkuri = 140
Perak = 233
Tungsten = 134
Air = 4.186
Seng = 387
Pilih nilai yang sesuai untuk zat Anda. Dalam contoh ini, fokusnya adalah pada air (c = 4.186 J/kg K) dan timbal (c = 128 J/kg K).
Besaran akhir dari persamaan tersebut adalah saya untuk massa benda. Singkatnya, dibutuhkan lebih banyak energi untuk memanaskan material dalam jumlah yang lebih besar. Jadi sebagai contoh, bayangkan Anda menghitung kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 kilogram (kg) air dan 10 kg timbal sebesar 40 K. Rumus menyatakan:
Q = mc∆T
Jadi untuk contoh air:
Q = 1 kg × 4186 J/kg K × 40 K
= 167.440 J
= 167,44 kJ
Jadi dibutuhkan 167,44 kilojoule energi (yaitu, lebih dari 167.000 joule) untuk memanaskan 1 kg air sebesar 40 K atau 40 °C.
Untuk timah:
Q = 10 kg × 128 J/kg K × 40 K
= 51.200 J
= 51,2 kJ
Jadi dibutuhkan energi sebesar 51,2 kJ (51.200 joule) untuk memanaskan 10 kg timbal sebesar 40 K atau 40 °C. Perhatikan bahwa dibutuhkan lebih sedikit energi untuk memanaskan timbal sepuluh kali lebih banyak dengan jumlah yang sama, karena timbal lebih mudah dipanaskan daripada air.
Daya mengukur energi yang dikirim per detik, dan ini memungkinkan Anda menghitung waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan benda yang dimaksud. Waktu yang dibutuhkan (untuk) diberikan oleh:
untuk= Q ÷ P
Dimana Q adalah energi panas yang dihitung pada langkah sebelumnya dan P adalah daya dalam watt (W, yaitu, joule per detik). Bayangkan air dari contoh sedang dipanaskan oleh ketel 2-kW (2.000 W). Hasil dari bagian sebelumnya memberikan:
untuk= 167440 J 2000 J/s
= 83,72 s
Jadi hanya dibutuhkan waktu kurang dari 84 detik untuk memanaskan 1 kg air sebesar 40 K menggunakan ketel 2 kW. Jika daya disuplai ke balok 10 kg timbal dengan laju yang sama, pemanasan akan berlangsung:
untuk= 51200 J 2000 J/s
= 25,6 s
Jadi dibutuhkan 25,6 detik untuk memanaskan timah jika panas disuplai dengan laju yang sama. Sekali lagi, ini mencerminkan fakta bahwa timbal lebih mudah memanas daripada air.