물체를 가열하는 시간을 계산하는 방법

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다른 재료는 다른 속도로 가열되며, 물체의 온도를 지정된 양만큼 올리는 데 걸리는 시간을 계산하는 것은 물리학 학생에게는 일반적인 문제입니다. 그것을 계산하려면 물체의 비열 용량, 물체의 질량, 찾고있는 온도의 변화 및 열 에너지가 공급되는 속도를 알아야합니다. 물에 대해 수행 된이 계산을 참조하여 프로세스와 일반적인 계산 방법을 이해하십시오.

TL; DR (너무 길고 읽지 않음)

열을 계산하십시오 (큐) 공식을 사용해야합니다.

큐 = 맥∆티

어디 엠 물체의 질량을 의미하고 씨 비열 용량 및 ∆티 온도의 변화입니다. 소요 된 시간 (티) 에너지가 공급 될 때 물체를 가열하기 위해 피 에 의해 주어진다 :

티 = 큐 ÷ 피

특정 온도 변화를 일으키는 데 필요한 열 에너지 양의 공식은 다음과 같습니다.

큐 = 맥∆티

어디 엠 물체의 질량을 의미하고 씨 재료의 비열 용량과 ∆티 온도의 변화입니다. 먼저 공식을 사용하여 온도 변화를 계산하십시오.

∆티 = 최종 온도 – 시작 온도

10 °에서 50 °로 가열하면 다음과 같이됩니다.

∆티 = 50° – 10°

= 40°

Celsius와 Kelvin은 서로 다른 단위 (및 0 ° C = 273K)이지만 1 ° C의 변화는 1K의 변화와 같으므로이 공식에서 서로 바꿔 사용할 수 있습니다.

모든 재료에는 고유 한 비열 용량이 있으며, 이는 특정 양의 물질 또는 재료에 대해 1도 켈빈 (또는 섭씨 1도)까지 가열하는 데 필요한 에너지를 나타냅니다. 특정 재료의 열용량을 찾으려면 종종 온라인 테이블을 참조해야합니다 (참고 자료 참조). 씨 킬로그램 및 켈빈 (J / kg K) 당 줄 단위의 일반적인 재료 :

알코올 (음료) = 2,400

알루미늄 = 900

비스무트 = 123

황동 = 380

구리 = 386

얼음 (-10 ° C에서) = 2,050

유리 = 840

금 = 126

화강암 = 790

리드 = 128

수은 = 140

은 = 233

텅스텐 = 134

물 = 4,186

아연 = 387

물질에 적합한 값을 선택하십시오. 이 예에서는 물에 중점을 둡니다 (씨 = 4,186 J / kg K) 및 납 (씨 = 128 J / kg K).

방정식의 최종 수량은 엠 물체의 질량. 요컨대, 더 많은 양의 재료를 가열하려면 더 많은 에너지가 필요합니다. 예를 들어, 1kg의 물과 10kg의 납을 40K로 가열하는 데 필요한 열을 계산한다고 가정합니다.

큐 = 맥∆티

물의 예는 다음과 같습니다.

큐 = 1kg × 4186 J / kg K × 40K

= 167,440 J

= 167.44 kJ

따라서 1kg의 물을 40K 또는 40 ° C로 가열하려면 167.44 킬로 줄의 에너지 (즉, 167,000 줄 이상)가 필요합니다.

납의 경우 :

큐 = 10kg × 128J / kg K × 40K

= 51,200 J

= 51.2 kJ

따라서 40K 또는 40 ° C로 10kg의 납을 가열하는 데 51.2kJ (51,200 줄)의 에너지가 필요합니다. 납은 물보다 가열하기가 쉽기 때문에 같은 양만큼 납을 10 배 많이 가열하는 데 에너지가 덜 필요합니다.

전력은 초당 전달되는 에너지를 측정하여 문제의 물체를 가열하는 데 걸리는 시간을 계산할 수 있습니다. 걸린 시간 (티)는 다음과 같이 제공됩니다.

티 = 큐 ÷ 피

어디 큐 이전 단계에서 계산 된 열 에너지 피 와트 단위의 전력 (W, 즉 초당 줄)입니다. 이 예의 물이 2kW (2,000W) 주전자로 가열되고 있다고 상상해보십시오. 이전 섹션의 결과는 다음과 같습니다.

티 = 167440 J ÷ 2000 J / s

= 83.72 초

따라서 2kW 주전자를 사용하여 1kg의 물을 40K로 가열하는 데 84 초도 걸리지 않습니다. 10kg의 납 블록에 동일한 속도로 전원이 공급되면 난방에는 다음이 필요합니다.

티 = 51200 J ÷ 2000 J / s

= 25.6 초

따라서 동일한 속도로 열이 공급되면 리드를 가열하는 데 25.6 초가 걸립니다. 다시 말하지만, 이것은 물보다 납이 더 쉽게 가열된다는 사실을 반영합니다.