Садржај
Различити материјали се загревају различитим брзинама, а рачунање колико времена ће требати да се температура предмета подигне за одређену количину је чест проблем за студенте физике. Да бисте га израчунали, морате знати специфични топлотни капацитет објекта, масу објекта, промену температуре коју тражите и брзину којом јој се доставља топлотна енергија. Погледајте ово израчунавање извршено за воду и доведите до разумевања процеса и како се уопште израчунава.
ТЛ; ДР (Предуго; нисам прочитао)
Израчунајте топлину (К) потребно помоћу формуле:
К = мц∆Т
Где м значи маса објекта, ц означава специфични топлотни капацитет и ∆Т је промена температуре. Време које је потребно (т) за загревање објекта када се енергија напаја П даје:
т = К ÷ П
Формула количине топлотне енергије која је потребна за стварање одређене промене температуре је:
К = мц∆Т
Где м значи маса објекта, ц је специфични топлотни капацитет материјала од кога је направљен и ∆Т је промена температуре. Прво израчунајте промену температуре користећи формулу:
∆Т = крајња температура – почетна температура
Ако нешто загревате од 10 ° до 50 °, ово даје:
∆Т = 50° – 10°
= 40°
Имајте на уму да су Целзијус и Келвин различите јединице (и 0 ° Ц = 273 К), промена од 1 ° Ц једнака је промени од 1 К, тако да се могу користити наизменично у овој формули.
Сваки материјал има јединствен специфични топлотни капацитет, који вам говори колико енергије треба да се загреје за 1 степен Келвина (или 1 степен Целзијуса), за одређену количину материје или материјала. Проналажење топлотног капацитета за ваш специфични материјал често захтева консултације са мрежним таблицама (погледајте Ресурсе), али ево неких вредности ц за уобичајене материјале, у џулима по килограму и по Келвину (Ј / кг К):
Алкохол (пијење) = 2.400
Алуминијум = 900
Бизмут = 123
Месинг = 380
Бакар = 386
Лед (на -10 ° Ц) = 2050
Стакло = 840
Злато = 126
Гранит = 790
Олово = 128
Меркур = 140
Сребро = 233
Волфрам = 134
Вода = 4.186
Цинк = 387
Изаберите одговарајућу вредност за своју супстанцу. У овим примерима фокус ће бити на води (ц = 4.186 Ј / кг К) и олова (ц = 128 Ј / кг К).
Коначна количина у једначини је м за масу објекта. Укратко, потребно је више енергије за загревање веће количине материјала. Па за пример, замислите да израчунавате топлотну енергију потребну за загревање 1 килограма (кг) воде и 10 кг олова за 40 К. Формула каже:
К = мц∆Т
Па за пример воде:
К = 1 кг × 4186 Ј / кг К × 40 К
= 167.440 Ј
= 167,44 кЈ
Дакле, потребно је 167,44 килоџула енергије (тј. Преко 167 000 џоула) да би се загревало 1 кг воде за 40 К или 40 ° Ц.
За олово:
К = 10 кг × 128 Ј / кг К × 40 К
= 51.200 Ј
= 51,2 кЈ
Дакле, потребно је 51,2 кЈ (51,200 џоула) енергије за загревање 10 кг олова за 40 К или 40 ° Ц. Имајте на уму да јој је потребно мање енергије за загревање десет пута више олова за исту количину, јер се олово лакше загреје него вода.
Снага мери енергију која се испоручује у секунди, а то вам омогућава да израчунате време потребно за загревање предметног објекта. Време које (т) даје:
т = К ÷ П
Где К је топлотна енергија израчуната у претходном кораку и П је снага у ватима (В, тј. џоу у секунди). Замислите да се вода из примера загрева котлић од 2 кВ (2.000 В). Резултат из претходног одељка даје:
т = 167440 Ј ÷ 2000 Ј / с
= 83.72 с
Дакле, потребно је само мање од 84 секунде да загрејете 1 кг воде за 40 К помоћу котла од 2 кВ. Ако би се напајање оловног блока од 10 кг напајало истом брзином, загревање би трајало:
т = 51200 Ј ÷ 2000 Ј / с
= 25.6 с
Дакле, потребно је 25,6 секунди да се загрева олово ако се топлота испоручује истом брзином. Ово опет одражава чињеницу да се олово загрева лакше од воде.