Як розрахувати час нагрівання об’єкта

Posted on
Автор: Judy Howell
Дата Створення: 25 Липня 2021
Дата Оновлення: 1 Липня 2024
Anonim
Увага повітряна тривога!
Відеоролик: Увага повітряна тривога!

Зміст

Різні матеріали нагріваються з різною швидкістю, і підрахунок часу, який знадобиться для підвищення температури предмета на визначену кількість, є загальною проблемою для студентів фізики. Для його обчислення потрібно знати питому теплоємність об’єкта, масу об'єкта, зміну температури, яку ви шукаєте, і швидкість, з якою теплова енергія подається на неї. Перегляньте цей розрахунок, проведений для води, і зрозумійте процес і як він обчислюється в цілому.

TL; DR (Занадто довго; Не читав)

Обчисліть тепло (Q), необхідні за допомогою формули:

Q = мсТ

Де м означає масу об'єкта, c означає питому теплоємність і ∆Т - це зміна температури. Затрачений час (т) нагрівати об’єкт при подачі енергії на потужність П задається:

т = Q ÷ П

    Формула кількості теплової енергії, необхідної для отримання певної зміни температури, така:

    Q = мсТ

    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 температурапочаткова температура

    Якщо ви нагріваєте щось від 10 ° до 50 °, це дає:

    Т = 50° – 10°

    = 40°

    Зауважимо, що хоча Цельсій і Кельвін є різними одиницями (і 0 ° С = 273 К), зміна на 1 ° С дорівнює зміні на 1 К, тому їх можна використовувати взаємозамінно у цій формулі.

    Кожен матеріал має унікальну питому теплоємність, яка говорить про те, скільки енергії потрібно для його нагрівання на 1 градус Кельвіна (або на 1 градус Цельсія), для конкретної кількості речовини або матеріалу. Пошук теплоємності для вашого конкретного матеріалу часто вимагає консультацій з онлайн-таблицями (див. Ресурси), але ось деякі значення для c для звичайних матеріалів, в джоулях на кілограм і на Келвін (Дж / кг К):

    Алкоголь (вживання алкоголю) = 2400

    Алюміній = 900

    Вісмут = 123

    Латунь = 380

    Мідь = 386

    Лід (при −10 ° C) = 2050

    Скло = 840

    Золото = 126

    Граніт = 790

    Ведуча = 128

    Ртуть = 140

    Срібло = 233

    Вольфрам = 134

    Вода = 4,186

    Цинк = 387

    Виберіть відповідне значення для вашої речовини. У цих прикладах увага буде зосереджена на воді (c = 4,186 Дж / кг К) та свинцю (c = 128 Дж / кг К).

    Кінцева кількість у рівнянні дорівнює м на масу об’єкта. Коротше кажучи, для нагрівання більшої кількості матеріалу потрібно більше енергії. Так, для прикладу, уявіть, що ви обчислюєте тепло, необхідне для нагрівання 1 кілограма (кг) води та 10 кг свинцю на 40 К. Формула зазначає:

    Q = мсТ

    Отже, для прикладу води:

    Q = 1 кг × 4186 Дж / кг К × 40 К

    = 167,440 Дж

    = 167,44 кДж

    Таким чином, для нагрівання 1 кг води на 40 К або 40 ° С потрібно 167,44 кілоджалів енергії (тобто понад 167 000 джоулей).

    Для свинцю:

    Q = 10 кг × 128 Дж / кг К × 40 К

    = 51 200 Дж

    = 51,2 кДж

    Таким чином, для нагрівання 10 кг свинцю на 40 К або 40 ° С потрібно 51,2 кДж (51200 джоулів) енергії. Зауважте, що для нагрівання свинцю в десять разів більше, ніж на одну і ту ж кількість, потрібно менше енергії, адже свинцеві нагрівати легше, ніж воду.

    Потужність вимірює енергію, що доставляється в секунду, і це дозволяє обчислити час, необхідний для нагрівання відповідного об'єкта. Затрачений час (т) задається:

    т = Q ÷ П

    Де Q - теплова енергія, обчислена на попередньому етапі і П - потужність у ватах (Вт, тобто, джоулів за секунду). Уявіть, що вода з прикладу нагрівається чайником потужністю 2 кВт (2000 Вт). Результат з попереднього розділу дає:

    т = 167440 Дж ÷ 2000 Дж / с

    = 83,72 с

    Тому потрібно нагріти 1 кг води на 40 К за допомогою чайника потужністю 2 кВт. Якщо енергія подається на 10-кг кг свинцю з однаковою швидкістю, нагрівання зайняло б:

    т = 51200 Дж ÷ 2000 Дж / с

    = 25,6 с

    Таким чином, потрібно 25,6 секунди для нагрівання свинцю, якщо тепло подається з однаковою швидкістю. Знову ж таки, це відображає той факт, що свинець нагрівається легше, ніж вода.