서로 다른 재료는 서로 다른 속도로 가열되며, 물체의 온도를 지정된 양만큼 높이는 데 걸리는 시간을 계산하는 것은 물리학 학생들에게 일반적인 문제입니다. 이를 계산하려면 물체의 비열 용량, 물체의 질량, 찾고있는 온도의 변화, 열 에너지가 공급되는 속도를 알아야합니다. 물에 대해 수행 된이 계산을보고 프로세스와 일반적으로 계산되는 방법을 이해합니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
열을 계산하십시오 (큐) 다음 공식을 사용하여 필요합니다.
큐 = mc∆티
어디 미디엄 물체의 질량을 의미합니다. 씨 비열 용량을 의미하고 ∆티 온도의 변화입니다. 소요 시간 (티) 전력으로 에너지가 공급 될 때 물체를 가열합니다. 피 다음과 같이 지정됩니다.
티= 큐 ÷ 피
특정 온도 변화를 일으키는 데 필요한 열 에너지의 양에 대한 공식은 다음과 같습니다.
큐 = mc∆티
어디 미디엄 물체의 질량을 의미합니다. 씨 그것은 재료의 비열 용량이고 ∆티 온도의 변화입니다. 먼저 다음 공식을 사용하여 온도 변화를 계산합니다.
∆티 = 최종 온도 – 시작 온도
10 °에서 50 °로 가열하면 다음이 제공됩니다.
∆티 = 50° – 10°
= 40°
섭씨와 켈빈은 다른 단위 (0 ° C = 273K)이지만 1 ° C의 변화는 1K의 변화와 같으므로이 공식에서 서로 바꿔서 사용할 수 있습니다.
모든 재료에는 고유 한 비열 용량이 있으며, 특정 양의 물질 또는 재료에 대해 1도 켈빈 (또는 섭씨 1도)까지 가열하는 데 필요한 에너지를 알려줍니다. 특정 재료의 열용량을 찾으려면 온라인 테이블을 참조해야하는 경우가 많지만 (참고 자료 참조) 다음은 몇 가지 값입니다. 씨 일반적인 재료의 경우 킬로그램 및 켈빈 당 줄 (J / kg K) :
알코올 (음주) = 2,400
알루미늄 = 900
비스무트 = 123
황동 = 380
구리 = 386
얼음 (-10 ° C에서) = 2,050
유리 = 840
금 = 126
화강암 = 790
리드 = 128
수은 = 140
은 = 233
텅스텐 = 134
물 = 4,186
아연 = 387
물질에 적합한 값을 선택하십시오. 이 예에서 초점은 물 (씨 = 4,186 J / kg K) 및 납 (씨 = 128 J / kg K).
방정식의 최종 수량은 다음과 같습니다. 미디엄 물체의 질량. 요컨대, 더 많은 양의 재료를 가열하는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. 따라서 예를 들어 물 1kg (kg)과 납 10kg을 40K로 가열하는 데 필요한 열을 계산한다고 가정 해 보겠습니다. 공식은 다음과 같습니다.
큐 = mc∆티
따라서 물의 예 :
큐 = 1kg × 4186 J / kg K × 40K
= 167,440 J
= 167.44 kJ
따라서 1kg의 물을 40K 또는 40 ° C로 가열하려면 167.44kg의 에너지 (즉, 167,000 줄 이상)가 필요합니다.
납 :
큐 = 10kg × 128J / kg K × 40K
= 51,200 J
= 51.2 kJ
따라서 10kg의 납을 40K 또는 40 ° C로 가열하려면 51.2kJ (51,200 줄)의 에너지가 필요합니다. 납은 물보다 가열하기 쉽기 때문에 같은 양만큼 납의 10 배를 가열하는 데 더 적은 에너지가 필요합니다.
전력은 초당 전달되는 에너지를 측정하며이를 통해 해당 물체를 가열하는 데 걸리는 시간을 계산할 수 있습니다. 걸린 시간 (티)는 다음과 같이 지정됩니다.
티= 큐 ÷ 피
어디 큐 이전 단계에서 계산 된 열 에너지이며 피 와트 단위의 전력 (W, 즉, 초당 줄)입니다. 예제의 물이 2kW (2,000W) 주전자로 가열되고 있다고 상상해보십시오. 이전 섹션의 결과는 다음과 같습니다.
티= 167440 J ÷ 2000 J / s
= 83.72 초
따라서 2kW 주전자를 사용하여 1kg의 물을 40K로 가열하는 데 84 초도 걸리지 않습니다. 10kg의 납 블록에 동일한 속도로 전력이 공급되면 가열에 다음이 소요됩니다.
티= 51200 J ÷ 2000 J / s
= 25.6 초
따라서 동일한 속도로 열이 공급되면 리드를 가열하는 데 25.6 초가 걸립니다. 다시 말하지만 이것은 납이 물보다 더 쉽게 가열된다는 사실을 반영합니다.