다른 재료가 다른 속도로 가열되며, 지정된 양으로 물체의 온도를 높이는 데 걸리는 시간을 계산하는 것은 물리 학생들에게 일반적인 문제입니다. 이를 계산하려면 물체의 비열 용량, 물체의 질량, 찾고있는 온도 변화 및 열 에너지가 공급되는 속도를 알아야합니다. 물에 대해 수행 된이 계산을보고 과정과 일반적으로 계산 방법을 이해하게됩니다.
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열을 계산하십시오 ( q ) 공식을 사용하여 필요 :
Q = MC ∆ t
여기서 m 물체의 질량을 의미합니다. c 비열 용량 및 ∆ t 을 나타냅니다 온도의 변화입니다. 시간 ( t ) 에너지가 Power에서 공급 될 때 물체를 가열하려면 p :
t = Q ÷ p
온도 변화를 일으키는 데 필요한 열 에너지의 양에 대한 공식은 다음과 같습니다.
Q = MC ∆ t
여기서 m 물체의 질량을 의미합니다. c 그것이 만든 재료의 비열 용량은 ∆ t 입니다. 온도의 변화입니다. 먼저, 공식을 사용하여 온도 변화를 계산하십시오.
∆ t = 최종 온도 - 시작 온도
10 °에서 50 °로 무언가를 가열하는 경우 다음과 같이합니다.
∆ t =50 ° - 10 °
=40 °
Celsius와 Kelvin은 다른 단위 (및 0 ° C =273 K)이지만 1 ° C의 변화는 1k의 변화와 같 으므로이 공식에서 상호 교환 적으로 사용할 수 있습니다.
.모든 재료는 고유 한 비열 용량을 가지고있어 특정 양의 물질이나 물질에 대해 1도 켈빈 (또는 1도 섭씨)만큼 가열하는 데 얼마나 많은 에너지가 필요한지 알려줍니다. 특정 자료에 대한 열 용량을 찾는 경우 종종 온라인 테이블 컨설팅 (리소스 참조)이 필요하지만 다음은 C 에 대한 몇 가지 값입니다. 일반적인 재료의 경우 킬로그램 당 및 켈빈 당 줄 (J/kg K) :
알코올 (음주) =2,400
알루미늄 =900
Bismuth =123
황동 =380
구리 =386
얼음 (-10 ° C) =2,050
유리 =840
금 =126
화강암 =790
납 =128
수은 =140
은 =233
텅스텐 =134
물 =4,186
아연 =387
물질에 적합한 값을 선택하십시오. 이 예에서는 물에 중점을 둡니다 ( c =4,186 j/kg k) 및 납 ( c =128 j/kg k).
방정식의 최종 수량은 m 입니다 물체의 질량을 위해. 요컨대, 더 많은 양의 재료를 가열하려면 더 많은 에너지가 필요합니다. 예를 들어, 1 킬로그램 (kg)의 물 (kg)과 40k의 납을 가열하는 데 필요한 열을 계산한다고 상상해보십시오.
.Q = MC ∆ t
따라서 물 예 :
Q =1 kg × 4186 J/kg K × 40 K
=167,440 J
=167.44 kj
따라서 1 kg의 물을 40K 또는 40 ° C로 가열하는 데 167.44 킬로 줄의 에너지 (즉, 167,000 이상)가 필요합니다.
리드 :
Q =10 kg × 128 j/kg k × 40 k
=51,200 J
=51.2 KJ
따라서 10kg의 납을 40k 또는 40 ° C로 가열하려면 51.2 kJ (51,200 줄)의 에너지가 필요합니다. 리드는 물보다 가열하기가 더 쉽기 때문에 같은 양으로 10 배나 많은 리드를 가열하는 데 에너지가 적습니다.
.전력은 초당 전달 된 에너지를 측정하므로 해당 물체를 가열하는 데 걸리는 시간을 계산할 수 있습니다. 시간 ( t ) :
t = Q ÷ p
여기서 q 열 에너지는 이전 단계에서 계산되었으며 p 와트의 전력 (w, 즉 초당 줄무늬)입니다. 예제의 물이 2kw (2,000w) 주전자로 가열된다고 상상해보십시오. 이전 섹션의 결과는 다음과 같습니다.
t =167440 J ÷ 2000 J/S
=83.72 s
따라서 2kW 주전자를 사용하여 1kg의 물 x 40K를 가열하는 데 84 초 미만이 소요됩니다. 동일한 속도로 10kg의 납 블록에 전력이 공급되면 가열은 다음과 같습니다.
t =51200 J ÷ 2000 J/S
=25.6 s
따라서 열이 같은 속도로 공급되면 리드를 가열하는 데 25.6 초가 걸립니다. 다시 말하지만 이것은 리드가 물보다 더 쉽게 가열된다는 사실을 반영합니다.
