Kandungan
Bahan-bahan yang berbeza panas pada kadar yang berbeza, dan mengira berapa lama masa yang diambil untuk menaikkan suhu objek dengan jumlah tertentu adalah masalah biasa bagi pelajar fizik. Untuk mengiranya, anda perlu mengetahui kapasiti haba tertentu objek, jisim objek, perubahan suhu yang anda cari dan kadar di mana tenaga haba dibekalkan kepadanya. Lihat pengiraan ini yang dilakukan untuk air dan memimpin untuk memahami proses dan bagaimana ia dikira secara umum.
TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
Kira haba (Q) diperlukan menggunakan formula:
Q = mc∆T
Di mana m ertinya jisim objek, c bermaksud kapasiti haba tertentu dan ΔT adalah perubahan suhu. Masa yang diambil (t) untuk memanaskan objek apabila tenaga dibekalkan pada kuasa P diberikan oleh:
t = Q ÷ P
Formula untuk jumlah tenaga haba yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan suhu tertentu ialah:
Q = mc∆T
Di mana m ertinya jisim objek, c adalah kapasiti haba khusus dari bahan yang dibuat dari dan ΔT adalah perubahan suhu. Pertama, hitung perubahan suhu menggunakan formula:
∆T = suhu akhir – suhu mula
Sekiranya anda memainkan sesuatu dari 10 ° hingga 50 °, ini memberi:
∆T = 50° – 10°
= 40°
Perhatikan bahawa walaupun Celsius dan Kelvin adalah unit yang berlainan (dan 0 ° C = 273 K), perubahan 1 ° C sama dengan perubahan 1 K, jadi ia boleh digunakan secara bergantian dalam formula ini.
Setiap bahan mempunyai kapasiti haba khusus yang unik, yang memberitahu anda berapa banyak tenaga yang dibutuhkan untuk memanaskannya dengan 1 darjah Kelvin (atau 1 darjah Celsius), untuk jumlah tertentu bahan atau bahan. Mencari kapasiti haba untuk bahan tertentu anda sering memerlukan jadual perundingan dalam talian (lihat Sumber), tetapi berikut adalah beberapa nilai untuk c untuk bahan biasa, dalam joules setiap kilogram dan setiap Kelvin (J / kg K):
Alkohol (minuman) = 2,400
Aluminium = 900
Bismuth = 123
Tembaga = 380
Tembaga = 386
Ais (pada -10 ° C) = 2,050
Kaca = 840
Emas = 126
Granit = 790
Lead = 128
Mercury = 140
Perak = 233
Tungsten = 134
Air = 4,186
Zinc = 387
Pilih nilai yang sesuai untuk bahan anda. Dalam contoh-contoh ini, tumpuan akan diberikan kepada air (c = 4,186 J / kg K) dan plumbum (c = 128 J / kg K).
Kuantiti terakhir dalam persamaan ialah m untuk jisim objek. Ringkasnya, ia memerlukan lebih banyak tenaga untuk memanaskan jumlah material yang lebih besar. Oleh itu, contohnya, bayangkan anda menghitung haba yang dikehendaki untuk memanaskan 1 kg (kg) air dan 10 kg timbalan sebanyak 40 K. Formula menyatakan:
Q = mc∆T
Jadi bagi contoh air:
Q = 1 kg × 4186 J / kg K × 40 K
= 167,440 J
= 167.44 kJ
Oleh itu, diperlukan 167.44 kilojoule tenaga (iaitu, lebih 167,000 joule) untuk memanaskan 1 kg air dengan 40 K atau 40 ° C.
Untuk petunjuk:
Q = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K
= 51,200 J
= 51.2 kJ
Maka diperlukan 51.2 kJ (51,200 joule) tenaga untuk memanaskan 10 kg plumbum dengan 40 K atau 40 ° C. Perhatikan bahawa ia memerlukan kurang tenaga untuk memanaskan sepuluh kali lebih banyak memimpin dengan jumlah yang sama, kerana memimpin lebih mudah untuk memanaskan daripada air.
Kuasa mengukur tenaga yang dihantar sesaat, dan ini membolehkan anda mengira masa yang diambil untuk memanaskan objek yang dimaksudkan. Masa yang diambil (t) diberikan oleh:
t = Q ÷ P
Di mana Q ialah tenaga haba yang dikira pada langkah sebelumnya dan P adalah kuasa dalam watt (W, iaitu, joule sesaat). Bayangkan air dari contoh dipanaskan oleh cerek 2-kW (2000 W). Hasil dari bahagian sebelumnya memberi:
t = 167440 J ÷ 2000 J / s
= 83.72 s
Jadi hanya kurang dari 84 saat untuk memanaskan 1 kg air dengan 40 K menggunakan cerek 2 kW. Sekiranya kuasa dibekalkan kepada blok 10 kg pada kadar yang sama, pemanasan akan mengambil masa:
t = 51200 J ÷ 2000 J / s
= 25.6 s
Oleh itu, diperlukan 25.6 saat untuk memanaskan plumbum jika haba dibekalkan pada kadar yang sama. Sekali lagi, ini mencerminkan fakta bahawa memimpin memanaskan lebih mudah daripada air.