Как да изчислим времето за загряване на обект

Posted on
Автор: Judy Howell
Дата На Създаване: 25 Юли 2021
Дата На Актуализиране: 1 Юли 2024
Anonim
Днес, 13 февруари, кажете тези думи за седмицата на парите. Лунен календар за печеливша неделя
Видео: Днес, 13 февруари, кажете тези думи за седмицата на парите. Лунен календар за печеливша неделя

Съдържание

Различните материали се нагряват с различна скорост и изчисляването на колко време ще отнеме температурата на обекта с определено количество е често срещан проблем за студентите по физика. За да го изчислите, трябва да знаете конкретния топлинен капацитет на обекта, масата на обекта, промяната в температурата, която търсите, и скоростта, с която топлинната му енергия се подава. Вижте това изчисление, извършено за вода и доведе до разбиране на процеса и как се изчислява като цяло.


TL; DR (Твърде дълго; Не четях)

Изчислете топлината (Q), изискващи се по формулата:

Q = MCт

Където m означава масата на обекта, ° С означава специфичната топлинна мощност и ∆т е промяната в температурата. Отделеното време (т) за загряване на обекта, когато се доставя енергия с мощност P се дава от:

т = Q ÷ P

    Формулата за количеството топлинна енергия, необходимо за произвеждане на определена промяна в температурата, е:

    Q = MCт

    Където m означава масата на обекта, ° С е специфичната топлинна мощност на материала, от който е направена и ∆т е промяната в температурата. Първо, изчислете промяната в температурата по формулата:

    т = крайна температураначална температура

    Ако отоплявате нещо от 10 ° до 50 °, това дава:


    т = 50° – 10°

    = 40°

    Обърнете внимание, че докато Целзий и Келвин са различни единици (и 0 ° С = 273 К), промяна от 1 ° С се равнява на промяна от 1 К, така че те могат да се използват взаимозаменяемо в тази формула.

    Всеки материал има уникален специфичен топлинен капацитет, който ви казва колко енергия е необходимо, за да го загрее с 1 градус Келвин (или 1 градус по Целзий), за конкретно количество вещество или материал. Намирането на топлинния капацитет за вашия конкретен материал често изисква консултация с онлайн таблици (вижте Ресурси), но ето някои стойности за ° С за обикновени материали, в джоули на килограм и на Kelvin (J / kg K):

    Алкохол (пиене) = 2400

    Алуминий = 900

    Висмут = 123

    Месинг = 380

    Мед = 386

    Лед (при -10 ° С) = 2050

    Стъкло = 840

    Злато = 126

    Гранит = 790

    Олово = 128

    Меркурий = 140

    Сребро = 233

    Волфрам = 134


    Вода = 4,186

    Цинк = 387

    Изберете подходящата стойност за вашето вещество. В тези примери акцентът ще бъде върху водата (° С = 4,186 J / kg К) и олово (° С = 128 J / kg К).

    Крайното количество в уравнението е m за масата на обекта. Накратко, за загряване на по-голямо количество материал е необходимо повече енергия. Така че за пример, представете си, че изчислявате топлината, необходима за загряване на 1 килограм (кг) вода и 10 кг олово с 40 К. Формулата гласи:

    Q = MCт

    Така че за примера с водата:

    Q = 1 кг × 4186 Дж / кг К × 40 К

    = 167,440 J

    = 167,44 kJ

    Така че са необходими 167,44 килоджула енергия (т.е. над 167 000 джаула), за да се нагрее 1 кг вода с 40 К или 40 ° С.

    За олово:

    Q = 10 кг × 128 Дж / кг К × 40 К

    = 51 200 Дж

    = 51,2 kJ

    Така че е необходимо 51.2 kJ (51.200 джаула) енергия, за да загрее 10 kg олово с 40 K или 40 ° C. Обърнете внимание, че тя изисква по-малко енергия за загряване на десет пъти повече олово от същото количество, защото оловото се нагрява по-лесно от водата.

    Мощността измерва доставената енергия в секунда и това ви позволява да изчислите времето, необходимо за загряване на въпросния обект. Отнети време (т) се дава от:

    т = Q ÷ P

    Където Q е топлинната енергия, изчислена в предишната стъпка и P е мощността във ватове (W, т.е. джаули в секунда). Представете си, че водата от примера се загрява от 2-кВт (2000 W) чайник. Резултатът от предишния раздел дава:

    т = 167440 J ÷ 2000 J / s

    = 83,72 s

    Така че са нужни малко по-малко от 84 секунди, за да загреете 1 кг вода с 40 К, използвайки чайник с 2 кВт. Ако мощността се подава към 10-килограмовия блок с олово със същата скорост, отоплението ще отнеме:

    т = 51200 J ÷ 2000 J / s

    = 25,6 s

    Така че са необходими 25,6 секунди, за да загреете оловото, ако топлината се подава със същата скорост. Отново това отразява факта, че оловото се нагрява по-лесно от водата.