Kako izračunati vrijeme zagrijavanja nekog predmeta

Posted on
Autor: Judy Howell
Datum Stvaranja: 25 Srpanj 2021
Datum Ažuriranja: 10 Svibanj 2024
Anonim
Kako izračunati vrijeme zagrijavanja nekog predmeta - Znanost
Kako izračunati vrijeme zagrijavanja nekog predmeta - Znanost

Sadržaj

Različiti se materijali zagrijavaju različitim brzinama, a izračunavanje koliko vremena će trebati da se temperatura predmeta podigne za određenu količinu je čest problem za studente fizike. Da biste ga izračunali, trebate znati specifični toplinski kapacitet objekta, masu objekta, promjenu temperature koju tražite i brzinu kojom joj se dovodi toplinska energija. Pogledajte ovaj izračun koji se izvodi za vodu i dovedite do razumijevanja procesa i kako se on uopće izračunava.


TL; DR (Predugo; nisam pročitao)

Izračunajte toplinu (P) potrebno pomoću formule:

P = mcT

Gdje m znači masu predmeta, c označava specifični toplinski kapacitet i ∆T je promjena temperature. Vrijeme provedeno (t) za zagrijavanje objekta kad se energija napaja P daje:

t = P ÷ P

    Formula količine toplinske energije koja je potrebna za postizanje određene promjene temperature glasi:

    P = mcT

    Gdje m znači masu predmeta, c specifični je toplinski kapacitet materijala od kojeg je izrađen i ∆T je promjena temperature. Prvo izračunajte promjenu temperature pomoću formule:

    T = krajnja temperaturapočetna temperatura

    Ako nešto zagrijavate od 10 ° do 50 °, to daje:

    T = 50° – 10°


    = 40°

    Imajte na umu da su Celzijus i Kelvin različite jedinice (i 0 ° C = 273 K), promjena od 1 ° C jednaka je promjeni od 1 K, tako da se u ovoj formuli mogu koristiti naizmjenično.

    Svaki materijal ima jedinstven specifični toplinski kapacitet, koji vam govori koliko energije treba da se zagrije za 1 stupanj Kelvina (ili 1 stupanj Celzija), za određenu količinu tvari ili materijala. Pronalaženje toplinskog kapaciteta za vaš specifični materijal često zahtijeva konzultacije s mrežnim tablicama (vidi Resursi), ali evo nekoliko vrijednosti za c za uobičajene materijale, u džulima po kilogramu i po Kelvinu (J / kg K):

    Alkohol (pijenje) = 2.400

    Aluminij = 900

    Bizmut = 123

    Mesing = 380

    Bakar = 386

    Led (na -10 ° C) = 2050

    Čaša = 840

    Zlato = 126

    Granit = 790

    Olovo = 128

    Merkur = 140

    Srebro = 233

    Volfram = 134

    Voda = 4.186

    Cink = 387

    Odaberite odgovarajuću vrijednost za vašu tvar. U ovim će primjerima fokus biti na vodi (c = 4.186 J / kg K) i olova (c = 128 J / kg K).


    Konačna količina u jednadžbi je m za masu predmeta. Ukratko, potrebno je više energije za zagrijavanje veće količine materijala. Pa za primjer, zamislite da izračunavate toplinu potrebnu za zagrijavanje 1 kilograma (kg) vode i 10 kg olova za 40 K. Formula kaže:

    P = mcT

    Dakle za primjer vode:

    P = 1 kg × 4186 J / kg K × 40 K

    = 167.440 J

    = 167,44 kJ

    Dakle, potrebno je 167,44 kilodžula energije (tj. Preko 167 000 džoula) za zagrijavanje 1 kg vode za 40 K ili 40 ° C.

    Za olovo:

    P = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K

    = 51.200 J

    = 51,2 kJ

    Dakle, potrebno je 51,2 kJ (51,200 Joula) energije za zagrijavanje 10 kg olova za 40 K ili 40 ° C. Imajte na umu da je potrebno manje energije za zagrijavanje deset puta više olova za istu količinu, jer se olovo lakše zagrijava nego voda.

    Snaga mjeri energiju koja se isporučuje u sekundi, a to vam omogućava da izračunate vrijeme potrebno za zagrijavanje dotičnog objekta. Vrijeme provedeno (t) je dao:

    t = P ÷ P

    Gdje P je toplinska energija izračunata u prethodnom koraku i P je snaga u vatima (W, tj. džou u sekundi). Zamislite da se voda iz primjera zagrijava u kotlu od 2 kW (2.000 W). Rezultat iz prethodnog odjeljka daje:

    t = 167440 J ÷ 2000 J / s

    = 83.72 s

    Dakle, potrebno je samo manje od 84 sekunde za zagrijavanje 1 kg vode za 40 K pomoću kotla od 2 kW. Ako bi se napajanje olovnog bloka od 10 kg napajalo jednakom brzinom, grijanje bi trajalo:

    t = 51200 J ÷ 2000 J / s

    = 25.6 s

    Dakle, potrebno je 25,6 sekundi za zagrijavanje olova ako se toplina opskrbljuje jednakom brzinom. Ovo opet odražava činjenicu da se olovo lakše zagrijava nego voda.