Как рассчитать время нагрева объекта

Различные материалы нагреваются с разной скоростью, и подсчет времени, необходимого для повышения температуры объекта на заданную величину, является общей проблемой для студентов-физиков. Чтобы рассчитать его, вам нужно знать удельную теплоемкость объекта, массу объекта, изменение температуры, которое вы ищете, и скорость, с которой к нему подводится тепловая энергия. Посмотрите, как этот расчет выполняется для воды, и вы сможете понять процесс и то, как он рассчитывается в целом.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Рассчитайте тепло (Q) требуется по формуле:

Q = MCТ

Где м означает массу объекта, c обозначает удельную теплоемкость, а ∆Т изменение температуры. Затраченное время (т) для обогрева объекта при подаче энергии на п дан кем-то:

т= Q ÷ п

Формула количества тепловой энергии, необходимой для определенного изменения температуры:

Q = MCТ

Где м означает массу объекта, c - удельная теплоемкость материала, из которого он сделан; ∆Т изменение температуры. Сначала рассчитайте изменение температуры по формуле:

instagram story viewer

Т = конечная температураначальная температура

Если вы нагреваете что-либо от 10 ° до 50 °, это дает:

Т = 50° – 10°

= 40°

Обратите внимание, что, хотя градусы Цельсия и Кельвина являются разными единицами измерения (и 0 ° C = 273 K), изменение на 1 ° C равняется изменению на 1 K, поэтому в этой формуле они могут использоваться как взаимозаменяемые.

Каждый материал имеет уникальную удельную теплоемкость, которая показывает, сколько энергии требуется, чтобы нагреть его на 1 градус Кельвина (или 1 градус Цельсия) для определенного количества вещества или материала. Для определения теплоемкости вашего конкретного материала часто требуется обратиться к онлайн-таблицам (см. Ресурсы), но вот некоторые значения для c для обычных материалов в джоулях на килограмм и на Кельвин (Дж / кг · К):

Алкоголь (распитие) = 2400

Алюминий = 900

Висмут = 123

Латунь = 380

Медь = 386

Лед (при −10 ° C) = 2,050

Стекло = 840

Золото = 126

Гранит = 790

Свинец = 128

Меркурий = 140

Серебро = 233

Вольфрам = 134

Вода = 4186

Цинк = 387

Выберите подходящее значение для вашего вещества. В этих примерах основное внимание будет уделено воде (c = 4,186 Дж / кг · К) и свинца (c = 128 Дж / кг · К).

Конечная величина в уравнении м на массу объекта. Короче говоря, для нагрева большего количества материала требуется больше энергии. В качестве примера представьте, что вы рассчитываете количество тепла, необходимое для нагрева 1 килограмма (кг) воды и 10 кг свинца на 40 К. Формула гласит:

Q = MCТ

Итак, для примера с водой:

Q = 1 кг × 4186 Дж / кг К × 40 К

= 167 440 Дж

= 167,44 кДж

Таким образом, для нагрева 1 кг воды на 40 K или 40 ° C требуется 167,44 килоджоулей энергии (т.е. более 167 000 джоулей).

Для свинца:

Q = 10 кг × 128 Дж / кг К × 40 К

= 51 200 Дж

= 51,2 кДж

Таким образом, для нагрева 10 кг свинца на 40 К или 40 ° C требуется 51,2 кДж (51 200 джоулей) энергии. Обратите внимание, что для нагрева в десять раз больше свинца на такое же количество требуется меньше энергии, потому что свинец легче нагреть, чем воду.

Мощность измеряет энергию, поставляемую в секунду, и это позволяет вам рассчитать время, необходимое для нагрева рассматриваемого объекта. Затраченное время (т) дан кем-то:

т= Q ÷ п

Где Q - тепловая энергия, рассчитанная на предыдущем шаге, и п мощность в ваттах (Вт, т. е. джоули в секунду). Представьте, что воду из примера нагревает чайник мощностью 2 кВт (2000 Вт). Результат из предыдущего раздела дает:

т= 167440 Дж ÷ 2000 Дж / с

= 83,72 с

Таким образом, для нагрева 1 кг воды на 40 К с помощью чайника мощностью 2 кВт требуется менее 84 секунд. Если бы к 10-килограммовому блоку свинца с такой же скоростью подали электроэнергию, то на нагрев потребовалось бы:

т= 51200 Дж ÷ 2000 Дж / с

= 25,6 с

Таким образом, нагрев кабеля занимает 25,6 секунды, если тепло подается с той же скоростью. Опять же, это отражает тот факт, что свинец нагревается легче, чем вода.

Teachs.ru
  • Доля
instagram viewer