Різні матеріали нагріваються з різною швидкістю, і підрахунок часу, протягом якого потрібно підвищити температуру об’єкта на задану величину, є загальною проблемою для студентів-фізиків. Для його обчислення потрібно знати питому теплоємність об’єкта, масу об’єкта, зміну температури, яку ви шукаєте, і швидкість, з якою на нього подається теплова енергія. Подивіться цей розрахунок, проведений для води, та ознайомтесь із процесом та як він розраховується загалом.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Обчислити тепло (Питання), необхідний за формулою:
Питання = мк∆Т
Де м означає масу об'єкта, c означає питому теплоємність і ∆Т - це зміна температури. Зайнятий час (т) для нагрівання об'єкта, коли енергія подається на потужність P задається:
т= Питання ÷ P
Формула кількості теплової енергії, необхідної для певної зміни температури:
Питання = мк∆Т
Де м означає масу об'єкта, c - питома теплоємність матеріалу, з якого він виготовлений, і ∆Т - це зміна температури. Спочатку обчисліть зміну температури за формулою:
∆Т = кінцева температура – початкова температура
Якщо ви нагріваєте щось від 10 ° до 50 °, це дає:
∆Т = 50° – 10°
= 40°
Зверніть увагу, що хоча Цельсій і Кельвін є різними одиницями (і 0 ° C = 273 K), зміна на 1 ° C дорівнює зміні на 1 K, тому їх можна використовувати як взаємозамінні в цій формулі.
Кожен матеріал має унікальну питому теплоємність, яка повідомляє, скільки енергії потрібно для його нагрівання на 1 градус Кельвіна (або 1 градус Цельсія) для певної кількості речовини або матеріалу. Для пошуку теплової потужності для конкретного матеріалу часто потрібні консультації в Інтернет-таблицях (див. Ресурси), але ось деякі значення для c для звичайних матеріалів, в джоулях на кілограм та на Кельвіна (Дж / кг К):
Алкоголь (питний) = 2400
Алюміній = 900
Вісмут = 123
Латунь = 380
Мідь = 386
Лід (при −10 ° C) = 2050
Скло = 840
Золото = 126
Граніт = 790
Свинець = 128
Ртуть = 140
Срібло = 233
Вольфрам = 134
Вода = 4186
Цинк = 387
Виберіть відповідне значення для вашої речовини. У цих прикладах акцент буде зроблений на воді (c = 4186 Дж / кг К) і свинцю (c = 128 Дж / кг К).
Кінцева величина в рівнянні становить м для маси об’єкта. Словом, для нагрівання більшої кількості матеріалу потрібно більше енергії. Отже, для прикладу, уявіть, ви розраховуєте тепло, необхідне для нагрівання 1 кілограма (кг) води та 10 кг свинцю на 40 К. Формула говорить:
Питання = мк∆Т
Отже, для прикладу з водою:
Питання = 1 кг × 4186 Дж / кг К × 40 К
= 167440 Дж
= 167,44 кДж
Отже, для нагрівання 1 кг води на 40 K або 40 ° C потрібно 167,44 кілоджоулів енергії (тобто понад 167 000 джоулів).
Для свинцю:
Питання = 10 кг × 128 Дж / кг К × 40 К
= 51200 Дж
= 51,2 кДж
Отже, для нагрівання 10 кг свинцю на 40 K або 40 ° C потрібно 51,2 кДж (51 200 джоулів) енергії. Зверніть увагу, що для нагрівання в десять разів більше свинцю на однакову кількість потрібно менше енергії, оскільки свинець легше нагрівати, ніж воду.
Потужність вимірює енергію, що подається за секунду, і це дозволяє вам розрахувати час, необхідний для нагрівання об'єкта, про який йде мова. Зайнятий час (т) задається:
т= Питання ÷ P
Де Питання - теплова енергія, розрахована на попередньому кроці, і P - потужність у ватах (Вт, тобто, джоулів на секунду). Уявіть, вода з прикладу нагрівається за допомогою чайника потужністю 2 кВт (2000 Вт). Результат попереднього розділу дає:
т= 167440 Дж ÷ 2000 Дж / с
= 83,72 с
Отже, для нагрівання 1 кг води на 40 К за допомогою 2-кВт-чайника потрібно лише менше 84 секунд. Якби живлення до 10-кілограмового свинцевого блоку подавалося з такою ж швидкістю, нагрів зайняв би:
т= 51200 Дж ÷ 2000 Дж / с
= 25,6 с
Отже, нагрівання свинцю займає 25,6 секунд, якщо тепло подається з однаковою швидкістю. Знову ж таки, це відображає той факт, що свинець нагрівається легше, ніж вода.