Materiali diversi si scaldano a velocità diverse e calcolare il tempo necessario per aumentare la temperatura di un oggetto di una determinata quantità è un problema comune per gli studenti di fisica. Per calcolarlo, devi conoscere la capacità termica specifica dell'oggetto, la massa dell'oggetto, il cambiamento di temperatura che stai cercando e la velocità con cui l'energia termica viene fornita ad esso. Vedi questo calcolo eseguito per l'acqua e porta a comprendere il processo e come viene calcolato in generale.
TL; DR (troppo lungo; non letto)
Calcola il calore ( Q Q Dove m t La formula per la quantità dell'energia termica richiesta per produrre un certo cambiamento di temperatura è: Q Dove m ∆ T Se stai riscaldando qualcosa da 10 ° a 50 °, questo dà: ∆ T \u003d 40 ° Si noti che mentre Celsius e Kelvin sono unità diverse (e 0 ° C \u003d 273 K), una variazione di 1 ° C equivale a una variazione di 1 K, quindi possono essere utilizzate in modo intercambiabile in questa formula. Ogni materiale ha una capacità termica specifica unica, che ti dice quanta energia ci vuole per riscaldarlo di 1 grado Kelvin (o 1 grado Celsius), per uno specifico quantità di una sostanza o materiale. Trovare la capacità termica per il tuo materiale specifico spesso richiede la consultazione di tabelle online (vedi Risorse), ma qui ci sono alcuni valori per c Alcol (bere) \u003d 2.400 Alluminio \u003d 900 Bismuto \u003d 123 Ottone \u003d 380 Rame \u003d 386 Ghiaccio (a -10 ° C) \u003d 2.050 Vetro \u003d 840 Oro \u003d 126 Granito \u003d 790 Piombo \u003d 128 Mercurio \u003d 140 Argento \u003d 233 Tungsteno \u003d 134 Acqua \u003d 4.186 Zinco \u003d 387 Scegli il valore appropriato per la tua sostanza. In questi esempi, l'attenzione sarà rivolta all'acqua ( c La quantità finale nell'equazione è m Q Quindi, per l'esempio dell'acqua: Q \u003d 167.440 J \u003d 167,44 kJ Quindi sono necessari 167,44 kilojoule di energia (ovvero oltre 167.000 joule ) per riscaldare 1 kg di acqua di 40 K o 40 ° C. Per piombo: Q \u003d 51.200 J \u003d 51,2 kJ Quindi sono necessari 51,2 kJ (51.200 joule) di energia per riscaldare 10 kg di piombo da 40 K o 40 ° C. Si noti che richiede meno energia per riscaldare dieci volte più piombo della stessa quantità, perché il piombo è più facile da riscaldare dell'acqua. La potenza misura l'energia consegnato al secondo e ciò consente di calcolare il tempo impiegato per riscaldare l'oggetto in questione. Il tempo impiegato ( t t Dove Q t \u003d 83.72 s Quindi ci vogliono solo meno di 84 secondi per riscaldare 1 kg di acqua da 40 K usando un bollitore da 2 kW. Se l'alimentazione fosse fornita al blocco di piombo da 10 kg alla stessa velocità, il riscaldamento richiederebbe: t \u003d 25,6 s Quindi occorrono 25,6 secondi per riscaldare il piombo se il calore viene fornito alla stessa velocità. Ancora una volta, questo riflette il fatto che il piombo si riscalda più facilmente dell'acqua.
) richiesto utilizzando la formula:
\u003d mc
∆ T
indica la massa dell'oggetto, c
indica la capacità termica specifica e ∆ T
è la variazione di temperatura. Il tempo impiegato ( t
) per riscaldare l'oggetto quando viene fornita energia alla potenza P
è dato da:
\u003d Q
÷ P
\u003d mc
∆ T
indica la massa dell'oggetto, c
è la capacità termica specifica del materiale di cui è fatto e ∆ T
è il cambiamento in temperatura. Innanzitutto, calcola la variazione di temperatura usando la formula:
\u003d temperatura finale
- temperatura iniziale
\u003d 50 ° - 10 °
per materiali comuni, in joule per chilogrammo e per Kelvin (J /kg K):
\u003d 4.186 J /kg K) e piombo ( c
\u003d 128 J /kg K).
per la massa dell'oggetto. In breve, ci vuole più energia per riscaldare una maggiore quantità di materiale. Quindi, per esempio, immagina di calcolare il calore necessario per riscaldare 1 chilogrammo (kg) di acqua e 10 kg di piombo per 40 K. La formula afferma:
\u003d mc
∆ T
\u003d 1 kg × 4186 J /kg K × 40 K
\u003d 10 kg × 128 J /kg K × 40 K
) è dato da:
\u003d Q
÷ P
è l'energia termica calcolata nel passaggio precedente e P
è la potenza in watt (W, ovvero joule al secondo). Immagina che l'acqua dell'esempio sia riscaldata da un bollitore da 2 kW (2.000 W). Il risultato della sezione precedente fornisce:
\u003d 167440 J ÷ 2000 J /s
\u003d 51200 J ÷ 2000 J /s
