כיצד לחשב את הזמן לחימום אובייקט

הנוסחה לכמות אנרגיית החום הנדרשת לייצור שינוי מסוים בטמפרטורה היא:

ש = מק∆ט

איפה M פירושו מסת האובייקט, ג הוא קיבולת החום הספציפית של החומר ממנו הוא עשוי ו- ∆ט הוא השינוי בטמפרטורה. ראשית, חישב את שינוי הטמפרטורה באמצעות הנוסחה:

∆ט = טמפרטורה סופית – טמפרטורת התחלה

אם אתה מחמם משהו מ -10 ° ל -50 °, זה נותן:

∆ט = 50° – 10°

= 40°

שים לב שבעוד צלזיוס וקלווין הם יחידות שונות (ו 0 ° C = 273 K), שינוי של 1 ° C שווה לשינוי של 1 K, כך שניתן להשתמש בהם להחלפה בנוסחה זו.

לכל חומר יכולת חום ספציפית ייחודית, המספרת לכם כמה אנרגיה דרושה כדי לחמם אותו במעלה קלווין אחת (או מעלה אחת צלזיוס), לכמות מסוימת של חומר או חומר. מציאת קיבולת החום עבור החומר הספציפי שלך דורשת לעיתים קרובות ייעוץ בטבלאות מקוונות (ראה משאבים), אך להלן כמה ערכים עבור ג לחומרים נפוצים, בג'אול לק"ג ולכל קלווין (J / kg K):

אלכוהול (שתייה) = 2,400

אלומיניום = 900

ביסמוט = 123

פליז = 380

נחושת = 386

קרח (ב -10 ° C) = 2,050

זכוכית = 840

זהב = 126

גרניט = 790

עופרת = 128

כספית = 140

כסף = 233

טונגסטן = 134

מים = 4,186

אבץ = 387

בחר את הערך המתאים לחומר שלך. בדוגמאות אלה, המוקד יהיה על מים (ג = 4,186 J / kg K) ועופרת (ג = 128 J / kg K).

הכמות הסופית במשוואה היא M למסת האובייקט. בקיצור, צריך יותר אנרגיה כדי לחמם כמות גדולה יותר של חומר. אז לדוגמא, דמיין שאתה מחשב את החום הדרוש לחימום של קילוגרם אחד (ק"ג) מים ו -10 ק"ג עופרת בכ- 40 ק '. הנוסחה קובעת:

ש = מק∆ט

אז לדוגמא המים:

ש = 1 ק"ג × 4186 J / ק"ג K × 40 K

= 167,440 J

= 167.44 kJ

אז לוקח 167.44 קילו-אנרגיה של אנרגיה (כלומר, מעל 167,000 ג'אול) כדי לחמם 1 ק"ג מים ב -40 K או 40 ° C.

להובלה:

ש = 10 ק"ג × 128 J / ק"ג K × 40 K

= 51,200 J

= 51.2 kJ

אז זה לוקח 51.2 kJ (51,200 ג'אול) של אנרגיה כדי לחמם 10 ק"ג עופרת ב 40 K או 40 ° C. שימו לב שזה דורש פחות אנרגיה כדי לחמם עופרת בכמות זהה באותה כמות, מכיוון שעופרת קלה יותר לחימום מאשר מים.

כוח מודד את האנרגיה המועברת בשנייה, וזה מאפשר לך לחשב את הזמן שנדרש לחימום האובייקט המדובר. זמן נלקח (t) ניתן ע"י:

t= ש ÷ פ

איפה ש היא אנרגיית החום שחושבה בשלב הקודם ו פ הוא הכוח בוואט (W, כלומר ג'אול לשנייה). תאר לעצמך שהמים מהדוגמה מחוממים על ידי קומקום של 2 קילוואט (2,000 וואט). התוצאה מהסעיף הקודם נותנת:

t= 167440 J ÷ 2000 J / s

= 83.72 שניות

אז זה לוקח פחות מ- 84 שניות לחמם 1 ק"ג מים ב 40 K באמצעות קומקום של 2 קילוואט. אם היה מסופק חשמל לגוש העופרת של 10 ק"ג באותה מהירות, החימום היה לוקח:

t= 51200 J ÷ 2000 J / s

= 25.6 שניות

אז לוקח 25.6 שניות לחמם את העופרת אם החום מסופק באותה מהירות. שוב, זה משקף את העובדה שעופרת מתחממת ביתר קלות ממים.