さまざまな材料がさまざまな速度で加熱され、オブジェクトの温度を指定された量だけ上昇させるのにかかる時間を計算することは、物理学の学生にとって一般的な問題です。 それを計算するには、オブジェクトの比熱容量、オブジェクトの質量、探している温度の変化、および熱エネルギーがオブジェクトに供給される速度を知る必要があります。 水に対して実行されたこの計算を参照して、プロセスと一般的な計算方法を理解してください。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
熱を計算します（Q）次の式を使用して必要です：
Q = mc∆T
どこ m オブジェクトの質量を意味し、 c 比熱容量と∆を表しますT は温度の変化です。 かかった時間（t）エネルギーが電力で供給されるときにオブジェクトを加熱する P によって与えられます：
t= Q ÷ P
温度の特定の変化を生成するために必要な熱エネルギーの量の式は次のとおりです。
Q = mc∆T
どこ m オブジェクトの質量を意味し、 c は、それが作られている材料の比熱容量であり、∆T は温度の変化です。 まず、次の式を使用して温度の変化を計算します。
∆T = 最終温度 – 開始温度
何かを10°から50°に加熱している場合、これは次のようになります。
∆T = 50° – 10°
= 40°
摂氏とケルビンは異なる単位（および0°C = 273 K）ですが、1°Cの変化は1 Kの変化に等しいため、この式では同じ意味で使用できることに注意してください。
すべての材料には固有の比熱容量があり、特定の量の物質または材料に対して1ケルビン（または摂氏1度）だけ加熱するのに必要なエネルギー量を示します。 特定の材料の熱容量を見つけるには、多くの場合、オンラインテーブルを参照する必要があります（「参考文献」を参照）が、ここにいくつかの値があります。 c 一般的な材料の場合、1キログラムあたりおよびケルビンあたりのジュール（J / kg K）：
アルコール（飲酒）= 2,400
アルミニウム= 900
ビスマス= 123
真ちゅう= 380
銅= 386
氷（-10°C）= 2,050
ガラス= 840
ゴールド= 126
花崗岩= 790
リード= 128
水銀= 140
シルバー= 233
タングステン= 134
水= 4,186
亜鉛= 387
あなたの物質に適切な値を選択してください。 これらの例では、水に焦点が当てられます（c = 4,186 J / kg K）および鉛（c = 128 J / kg K）。
方程式の最終的な量は次のとおりです。 m オブジェクトの質量。 つまり、大量の材料を加熱するには、より多くのエネルギーが必要です。 したがって、この例では、1キログラム（kg）の水と10kgの鉛を40K加熱するのに必要な熱を計算していると想像してください。 式は次のように述べています。
Q = mc∆T
したがって、水の例では、次のようになります。
Q = 1kg×4186J / kgK×40K
= 167,440 J
= 167.44 kJ
したがって、1kgの水を40Kまたは40°Cで加熱するには、167.44キロジュールのエネルギー（つまり、167,000ジュール以上）が必要です。
鉛の場合：
Q = 10kg×128J / kgK×40K
= 51,200 J
= 51.2 kJ
したがって、10kgの鉛を40Kまたは40°Cで加熱するには、51.2 kJ（51,200ジュール）のエネルギーが必要です。 鉛は水よりも加熱しやすいため、同じ量で10倍の鉛を加熱するのに必要なエネルギーが少ないことに注意してください。
電力は1秒あたりに供給されるエネルギーを測定します。これにより、問題のオブジェクトを加熱するのにかかる時間を計算できます。 かかった時間（t） によって与えられます：
t= Q ÷ P
どこ Q 前のステップで計算された熱エネルギーであり、 P はワット単位の電力（W、つまり1秒あたりのジュール）です。 例の水が2kW（2,000 W）のケトルで加熱されていると想像してください。 前のセクションの結果は次のとおりです。
t= 167440J÷2000J / s
= 83.72秒
したがって、2kWのケトルを使用して1kgの水を40Kで加熱するのに84秒もかかりません。 鉛の10kgブロックに同じ速度で電力が供給された場合、加熱には次の時間がかかります。
t= 51200J÷2000J / s
= 25.6秒
したがって、同じ速度で熱が供給される場合、リードを加熱するのに25.6秒かかります。 繰り返しますが、これは鉛が水よりも熱くなりやすいという事実を反映しています。
