Vsebina
Različni materiali se segrejejo z različnimi stopnjami in izračunavanje, koliko časa bo trajalo, da se temperatura predmeta poveča za določeno količino, je pogost problem študentov fizike. Če ga želite izračunati, morate poznati specifično toplotno zmogljivost predmeta, maso predmeta, spremembo temperature, ki jo iščete, in hitrost dovajanja toplotne energije. Oglejte si ta izračun za vodo in razumejte postopek in kako se izračuna na splošno.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Izračunajte toploto (V), ki se zahteva po formuli:
V = mc∆T
Kje m pomeni maso predmeta, c pomeni specifično toplotno zmogljivost in ∆T je sprememba temperature. Vzeti čas (t) za ogrevanje predmeta, ko se napaja energija P poda:
t = V ÷ P
Formula količine toplotne energije, ki je potrebna za nastanek določene spremembe temperature, je:
V = mc∆T
Kje m pomeni maso predmeta, c je specifična toplotna kapaciteta materiala, ki je izdelan iz in ∆T je sprememba temperature. Najprej izračunajte spremembo temperature po formuli:
∆T = končna temperatura – začetna temperatura
Če ogrevate nekaj od 10 ° do 50 °, to pomeni:
∆T = 50° – 10°
= 40°
Čeprav sta Celzija in Kelvin različna enota (in 0 ° C = 273 K), je sprememba 1 ° C enaka spremembi 1 K, zato jih je mogoče v tej formuli uporabljati zamenljivo.
Vsak material ima edinstveno specifično toplotno kapaciteto, ki vam pove, koliko energije potrebuje za segrevanje za 1 stopinjo Kelvina (ali 1 stopinjo Celzija), za določeno količino snovi ali materiala. Iskanje toplotne zmogljivosti za vaš določen material pogosto zahteva pregledovanje spletnih tabel (glejte Viri), vendar je nekaj vrednosti za c za običajne materiale v džulih na kilogram in na Kelvin (J / kg K):
Alkohol (pitje) = 2.400
Aluminij = 900
Bizmut = 123
Medenina = 380
Baker = 386
Led (pri –10 ° C) = 2050
Steklo = 840
Zlato = 126
Granit = 790
Svinec = 128
Živo srebro = 140
Srebro = 233
Volfram = 134
Voda = 4.186
Cink = 387
Izberite ustrezno vrednost za vašo snov. V teh primerih bo poudarek na vodi (c = 4.186 J / kg K) in svinca (c = 128 J / kg K).
Končna količina v enačbi je m za maso predmeta. Skratka, za ogrevanje večje količine materiala je potrebno več energije. Tako si na primer predstavljajte, da izračunate toploto, potrebno za segrevanje 1 kilograma vode in 10 kg svinca za 40 K. Formula določa:
V = mc∆T
Torej za primer vode:
V = 1 kg × 4186 J / kg K × 40 K
= 167.440 J
= 167,44 kJ
Tako je za segrevanje 1 kg vode za 40 K ali 40 ° C potrebnih 167,44 kilodžul energije (to je več kot 167 000 joulov).
Za svinec:
V = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K
= 51.200 J
= 51,2 kJ
Torej je potrebno 51,2 kJ (51.200 joulov) energije za segrevanje 10 kg svinca za 40 K ali 40 ° C. Upoštevajte, da potrebuje manj energije za segrevanje desetkrat več svinca za isto količino, ker se svinec lažje segreva kot voda.
Moč meri porabljeno energijo na sekundo, kar vam omogoča izračun časa, potrebnega za ogrevanje zadevnega predmeta. Vzeti čas (t) poda:
t = V ÷ P
Kje V je toplotna energija, izračunana v prejšnjem koraku in P je moč v vatih (W, t.j. džoulov na sekundo). Predstavljajte si, da se voda iz primera ogreva s kotličem z 2 kW (2000 W). Rezultat iz prejšnjega razdelka daje:
t = 167440 J ÷ 2000 J / s
= 83,72 s
Torej je potrebnih nekaj manj kot 84 sekund, da segreje 1 kg vode s 40 K s kotličem 2 kW. Če bi se 10-kilogramskemu bloku svinca napajala enaka količina, bi ogrevanje trajalo:
t = 51200 J ÷ 2000 J / s
= 25,6 s
Torej traja 25,6 sekunde, da se svinec segreje, če se toplota dovaja z isto hitrostjo. To spet odraža dejstvo, da se svinec segreje lažje kot voda.