NộI Dung
Các vật liệu khác nhau nóng lên ở các tốc độ khác nhau và tính toán sẽ mất bao lâu để tăng nhiệt độ vật thể lên một lượng xác định là một vấn đề phổ biến đối với sinh viên vật lý. Để tính toán nó, bạn cần biết công suất nhiệt cụ thể của vật thể, khối lượng của vật thể, sự thay đổi nhiệt độ mà bạn đang tìm kiếm và tốc độ cung cấp năng lượng nhiệt cho nó. Xem tính toán này được thực hiện cho nước và dẫn để hiểu quy trình và cách tính toán nói chung.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Tính nhiệt lượng (Q) được yêu cầu sử dụng công thức:
Q = người dẫn chương trình∆T
Ở đâu m có nghĩa là khối lượng của vật thể, c là viết tắt của nhiệt dung riêng vàT là sự thay đổi nhiệt độ. Thời gian thực hiện (t) để làm nóng vật thể khi năng lượng được cung cấp ở mức năng lượng P được đưa ra bởi:
t = Q ÷ P
Công thức cho lượng năng lượng nhiệt cần thiết để tạo ra một sự thay đổi nhất định về nhiệt độ là:
Q = người dẫn chương trình∆T
Ở đâu m có nghĩa là khối lượng của vật thể, c là nhiệt dung riêng của vật liệu mà nó làm từ vàT là sự thay đổi nhiệt độ. Đầu tiên, tính toán sự thay đổi nhiệt độ bằng công thức:
∆T = nhiệt độ cuối cùng – nhiệt độ bắt đầu
Nếu bạn làm nóng một cái gì đó từ 10 ° đến 50 °, điều này mang lại:
∆T = 50° – 10°
= 40°
Lưu ý rằng mặc dù Celsius và Kelvin là các đơn vị khác nhau (và 0 ° C = 273 K), thay đổi 1 ° C tương đương với thay đổi 1 K, do đó chúng có thể được sử dụng thay thế cho nhau trong công thức này.
Mỗi vật liệu có một công suất nhiệt riêng biệt, cho bạn biết cần bao nhiêu năng lượng để làm nóng nó lên 1 độ Kelvin (hoặc 1 độ C), cho một lượng cụ thể của một chất hoặc vật liệu. Tìm công suất nhiệt cho vật liệu cụ thể của bạn thường yêu cầu tham khảo các bảng trực tuyến (xem Tài nguyên), nhưng dưới đây là một số giá trị cho c đối với các vật liệu phổ biến, tính bằng joules trên kilogam và mỗi Kelvin (J / kg K):
Rượu (uống) = 2.400
Nhôm = 900
Bismuth = 123
Đồng thau = 380
Đồng = 386
Băng (ở 10 ° C) = 2.050
Kính = 840
Vàng = 126
Đá hoa cương = 790
Dẫn = 128
Thủy ngân = 140
Bạc = 233
Vonfram = 134
Nước = 4.186
Kẽm = 387
Chọn giá trị phù hợp cho chất của bạn. Trong những ví dụ này, trọng tâm sẽ là nước (c = 4.186 J / kg K) và chì (c = 128 J / kg K).
Đại lượng cuối cùng trong phương trình là m cho khối lượng của vật. Nói tóm lại, cần nhiều năng lượng hơn để làm nóng một lượng lớn vật liệu. Vì vậy, ví dụ, hãy tưởng tượng bạn đang tính toán nhiệt lượng cần thiết để làm nóng 1 kg (kg) nước và 10 kg chì bằng 40 K. Công thức nêu rõ:
Q = người dẫn chương trình∆T
Vì vậy, ví dụ về nước:
Q = 1 kg × 4186 J / kg K × 40 K
= 167,440 J
= 167,44 kJ
Vì vậy, phải mất 167,44 kilôgam năng lượng (tức là, hơn 167.000 joules) để làm nóng 1 kg nước bằng 40 K hoặc 40 ° C.
Dành cho khách hàng tiềm năng
Q = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K
= 51.200 J
= 51,2 kJ
Vì vậy, phải mất 51,2 kJ (51.200 joules) năng lượng để đốt nóng 10 kg chì bằng 40 K hoặc 40 ° C. Lưu ý rằng nó đòi hỏi ít năng lượng hơn để đốt nóng gấp mười lần lượng chì bằng cùng một lượng, vì chì dễ làm nóng hơn nước.
Công suất đo năng lượng được cung cấp mỗi giây và điều này cho phép bạn tính toán thời gian cần thiết để làm nóng vật thể đang nói đến. Mất thời gian (t) được đưa ra bởi:
t = Q ÷ P
Ở đâu Q là năng lượng nhiệt được tính ở bước trước và P là công suất tính bằng watt (W, tức là, joules mỗi giây). Hãy tưởng tượng nước từ ví dụ đang được đun nóng bằng ấm đun nước 2 kW (2.000 W). Kết quả từ phần trước cho:
t = 167440 J ÷ 2000 J / s
= 83,72 giây
Vì vậy, chỉ mất chưa đến 84 giây để làm nóng 1 kg nước bằng 40 K bằng cách sử dụng ấm đun nước 2 kW. Nếu năng lượng được cung cấp cho khối chì 10 kg với cùng tốc độ, hệ thống sưởi sẽ mất:
t = 51200 J ÷ 2000 J / s
= 25,6 giây
Vì vậy, phải mất 25,6 giây để làm nóng chì nếu nhiệt được cung cấp ở cùng một tốc độ. Một lần nữa, điều này phản ánh thực tế rằng chì nóng lên dễ dàng hơn nước.