Различити материјали се загревају различитим брзинама, а израчунавање колико ће бити потребно да се температура објекта повиси за одређену количину уобичајени је проблем за студенте физике. Да бисте га израчунали, морате знати специфични топлотни капацитет предмета, масу предмета, промену температуре коју тражите и брзину којом се топлотна енергија до њега доводи. Погледајте овај прорачун изведен за воду и навести да бисте разумели поступак и како се израчунава уопште.
ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)
Израчунајте топлоту (К) потребно користећи формулу:
К = мц∆Т.
Где м означава масу предмета, ц представља специфични топлотни капацитет и ∆Т. је промена температуре. Потребно време (т) за загревање предмета када се енергија напаја на снази П. даје:
т= К ÷ П.
Формула за количину топлотне енергије потребне за стварање одређене промене температуре је:
К = мц∆Т.
Где м означава масу предмета, ц је специфични топлотни капацитет материјала од којег је направљен и ∆Т. је промена температуре. Прво израчунајте промену температуре помоћу формуле:
∆Т. = коначна температура – почетна температура
Ако загревате нешто од 10 ° до 50 °, ово даје:
∆Т. = 50° – 10°
= 40°
Имајте на уму да док су Целзијус и Келвин различите јединице (и 0 ° Ц = 273 К), промена од 1 ° Ц једнака је промени од 1 К, тако да се могу користити наизменично у овој формули.
Сваки материјал има јединствени специфични топлотни капацитет, који вам говори колико је енергије потребно да се загреје за 1 степен Келвина (или 1 степен Целзијуса), за одређену количину супстанце или материјала. Проналажење топлотног капацитета за ваш одређени материјал често захтева консултације на мрежним табелама (погледајте Ресурси), али ево неколико вредности за ц за уобичајене материјале, у џулима по килограму и по Келвинима (Ј / кг К):
Алкохол (пиће) = 2.400
Алуминијум = 900
Бизмут = 123
Месинг = 380
Бакар = 386
Лед (на -10 ° Ц) = 2.050
Стакло = 840
Злато = 126
Гранит = 790
Олово = 128
Жива = 140
Сребро = 233
Волфрам = 134
Вода = 4.186
Цинк = 387
Изаберите одговарајућу вредност за вашу супстанцу. У овим примерима фокус ће бити на води (ц = 4.186 Ј / кг К) и олово (ц = 128 Ј / кг К).
Коначна величина у једначини је м за масу предмета. Укратко, потребно је више енергије за загревање веће количине материјала. Дакле, за пример, замислите да рачунате топлоту потребну за загревање 1 килограма (кг) воде и 10 кг олова за 40 К. Формула наводи:
К = мц∆Т.
Дакле, за пример воде:
К = 1 кг × 4186 Ј / кг К × 40 К.
= 167.440 Ј
= 167,44 кЈ
Дакле, потребно је 167,44 килоџула енергије (тј. Преко 167 000 џула) да би се 1 кг воде загрејало за 40 К или 40 ° Ц.
За олово:
К = 10 кг × 128 Ј / кг К × 40 К.
= 51.200 Ј
= 51,2 кЈ
Дакле, потребно је 51,2 кЈ (51.200 џула) енергије да би се 10 кг олова загрејало за 40 К или 40 ° Ц. Имајте на уму да је потребно мање енергије за загревање десет пута више олова за исту количину, јер се олово лакше загрева од воде.
Снага мери испоручену енергију у секунди и то вам омогућава да израчунате време потребно за загревање предметног предмета. Време које (т) даје:
т= К ÷ П.
Где К је топлотна енергија израчуната у претходном кораку и П. је снага у ватима (В, тј. џула у секунди). Замислите да се вода из примера загрева котлом од 2 кВ (2.000 В). Резултат из претходног одељка даје:
т= 167440 Ј ÷ 2000 Ј / с
= 83,72 с
Дакле, потребно је нешто мање од 84 секунде да се 1 кг воде загреје на 40 К помоћу котла од 2 кВ. Ако би се напајао блок олова од 10 кг по истој брзини, грејање би трајало:
т= 51200 Ј ÷ 2000 Ј / с
= 25,6 с
Дакле, потребно је 25,6 секунди да се олово загреје ако се топлота испоручује истом брзином. Опет, ово одражава чињеницу да се олово загрева лакше од воде.