Farklı malzemeler farklı hızlarda ısınır ve bir cismin sıcaklığını belirli bir miktarda artırmanın ne kadar süreceğini hesaplamak fizik öğrencileri için ortak bir problemdir. Bunu hesaplamak için cismin özgül ısı kapasitesini, cismin kütlesini, aradığınız sıcaklıktaki değişimi ve ona sağlanan ısı enerjisinin hızını bilmeniz gerekir. Su için yapılan bu hesaplamayı görün ve süreci ve genel olarak nasıl hesaplandığını anlamanıza yardımcı olun.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Isıyı hesaplayın (S) aşağıdaki formül kullanılarak gereklidir:
S = mc∆T
Nerede m nesnenin kütlesi anlamına gelir, c özgül ısı kapasitesi anlamına gelir ve ∆T sıcaklıktaki değişimdir. geçen süre (t) güçte enerji sağlandığında nesneyi ısıtmak P tarafından verilir:
t= S ÷ P
Sıcaklıkta belirli bir değişiklik meydana getirmek için gereken ısı enerjisi miktarının formülü şu şekildedir:
S = mc∆T
Nerede m nesnenin kütlesi anlamına gelir, c yapıldığı malzemenin özgül ısı kapasitesi ve ∆T sıcaklıktaki değişimdir. İlk olarak, aşağıdaki formülü kullanarak sıcaklıktaki değişimi hesaplayın:
∆T = son sıcaklık – başlangıç sıcaklığı
10° ila 50° arasında bir şey ısıtıyorsanız, bu şunu verir:
∆T = 50° – 10°
= 40°
Celsius ve Kelvin farklı birimler (ve 0 °C = 273 K) olmakla birlikte, 1 °C'lik bir değişikliğin 1 K'lik bir değişikliğe eşit olduğuna dikkat edin, bu nedenle bu formülde birbirlerinin yerine kullanılabilirler.
Her malzemenin benzersiz bir özgül ısı kapasitesi vardır; bu, belirli bir madde veya malzeme miktarı için onu 1 derece Kelvin (veya 1 derece Santigrat) ısıtmak için ne kadar enerji gerektiğini söyler. Spesifik malzemeniz için ısı kapasitesini bulmak genellikle çevrimiçi tablolara başvurmayı gerektirir (Kaynaklara bakın), ancak burada bazı değerler vardır. c yaygın malzemeler için, kilogram başına joule ve Kelvin başına (J/kg K):
Alkol (içme) = 2.400
Alüminyum = 900
bizmut = 123
Pirinç = 380
Bakır = 386
Buz (-10°C'de) = 2.050
Cam = 840
Altın = 126
Granit = 790
kurşun = 128
Merkür = 140
gümüş = 233
Tungsten = 134
Su = 4.186
çinko = 387
Maddeniz için uygun değeri seçin. Bu örneklerde odak noktası su olacaktır (c = 4,186 J/kg K) ve kurşun (c = 128 J/kg K).
Denklemdeki son miktar m nesnenin kütlesi için. Kısacası, daha fazla miktarda bir malzemeyi ısıtmak için daha fazla enerji gerekir. Örneğin, 1 kilogram (kg) su ve 10 kg kurşunu 40 K ile ısıtmak için gereken ısıyı hesapladığınızı hayal edin. Formül şunları belirtir:
S = mc∆T
Yani su örneği için:
S = 1 kg × 4186 J/kg K × 40 K
= 167.440 J
= 167.44 kJ
Dolayısıyla 1 kg suyu 40 K veya 40 °C'de ısıtmak için 167.44 kilojul enerji (yani 167.000 jul'den fazla) gerekir.
Kurşun için:
S = 10 kg × 128 J/kg K × 40 K
= 51.200 J
= 51,2 kJ
Yani 10 kg kurşunu 40 K veya 40 °C ısıtmak için 51,2 kJ (51,200 jul) enerji gerekir. Aynı miktarda kurşunu on kat daha fazla ısıtmak için daha az enerji gerektiğini unutmayın, çünkü kurşunu ısıtmak sudan daha kolaydır.
Güç, saniyede iletilen enerjiyi ölçer ve bu, söz konusu nesneyi ısıtmak için geçen süreyi hesaplamanıza olanak tanır. Geçen süre (t) tarafından verilir:
t= S ÷ P
Nerede S önceki adımda hesaplanan ısı enerjisidir ve P watt cinsinden güçtür (W, yani joule/saniye). Örnekteki suyun 2 kW (2.000 W) bir su ısıtıcısı tarafından ısıtıldığını hayal edin. Önceki bölümden elde edilen sonuç şunları verir:
t= 167440 J ÷ 2000 J/sn
= 83.72 sn
Bu nedenle, 2 kW'lık bir su ısıtıcısı kullanarak 1 kg suyu 40 K ısıtmak 84 saniyeden daha az zaman alır. 10 kg'lık kurşun bloğuna aynı oranda güç verilirse, ısıtma şunları alır:
t= 51200 J ÷ 2000 J/s
= 25,6 sn
Bu nedenle, aynı oranda ısı verilirse, lead'i ısıtmak 25,6 saniye sürer. Yine bu, kurşunun sudan daha kolay ısındığı gerçeğini yansıtır.