المحتوى
تسخن المواد المختلفة بمعدلات مختلفة ، وحساب المدة التي ستستغرقها لرفع درجة حرارة جسم ما بمقدار محدد يمثل مشكلة شائعة لطلاب الفيزياء. ولحسابها ، تحتاج إلى معرفة السعة الحرارية المحددة للكائن ، وكتلة الكائن ، والتغير في درجة الحرارة التي تبحث عنها والمعدل الذي يتم به توفير الطاقة الحرارية. راجع هذا الحساب الذي تم إجراؤه للحصول على المياه ويؤدي إلى فهم العملية وكيفية حسابها بشكل عام.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
احسب الحرارة (Q) مطلوب باستخدام الصيغة:
Q = مولودية∆تي
أين م يعني كتلة الكائن ، ج لتقف على قدرة الحرارة المحددة و ∆تي هو التغير في درجة الحرارة. الوقت المستغرق (تي) لتسخين الكائن عندما يتم توفير الطاقة في السلطة P اعطي من قبل:
تي = Q ÷ P
الصيغة لكمية الطاقة الحرارية اللازمة لإنتاج تغيير معين في درجة الحرارة هي:
Q = مولودية∆تي
أين م يعني كتلة الكائن ، ج هي السعة الحرارية المحددة للمواد التي تصنع منها و ∆تي هو التغير في درجة الحرارة. أولاً ، احسب التغير في درجة الحرارة باستخدام الصيغة:
∆تي = درجة الحرارة النهائية – بدءا درجة الحرارة
إذا كنت تقوم بتسخين شيء من 10 درجات إلى 50 درجة ، فهذا يعطي:
∆تي = 50° – 10°
= 40°
لاحظ أنه على الرغم من أن Celsius و Kelvin هما وحدات مختلفة (و 0 ° C = 273 K) ، فإن التغير 1 درجة مئوية يساوي تغيير 1 K ، لذلك يمكن استخدامها بالتبادل في هذه الصيغة.
كل مادة لها قدرة حرارية فريدة ، والتي تخبرك مقدار الطاقة التي تحتاجها لتسخينها بمقدار 1 درجة كلفن (أو 1 درجة مئوية) ، لكمية محددة من مادة أو مادة. غالبًا ما يتطلب العثور على السعة الحرارية للمواد الخاصة بك استشارة الجداول عبر الإنترنت (انظر الموارد) ، ولكن فيما يلي بعض القيم ج للمواد الشائعة ، بالجول لكل كيلوغرام ولكل كيلفن (J / كجم K):
الكحول (الشرب) = 2400
الألومنيوم = 900
البزموت = 123
النحاس = 380
النحاس = 386
الجليد (عند -10 درجة مئوية) = 2050
الزجاج = 840
الذهب = 126
الجرانيت = 790
الرصاص = 128
عطارد = 140
الفضة = 233
التنغستن = 134
الماء = 4،186
الزنك = 387
اختر القيمة المناسبة لمادتك. في هذه الأمثلة ، سيكون التركيز على المياه (ج = 4،186 J / كجم K) والرصاص (ج = 128 J / كجم K).
الكمية النهائية في المعادلة هي م لكتلة الكائن. باختصار ، يتطلب الأمر طاقة أكثر لتسخين كمية أكبر من المادة. لذلك ، على سبيل المثال ، تخيل أنك تقوم بحساب الحرارة المطلوبة لتسخين كيلوغرام واحد من الماء و 10 كجم من الرصاص بمقدار 40 كغ. وتنص الصيغة على:
Q = مولودية∆تي
لذلك على سبيل المثال الماء:
Q = 1 كجم × 4186 J / كجم K × 40 K
= 167،440 ي
= 167.44 كج
لذلك ، يتطلب الأمر 167.44 كيلو جول من الطاقة (أي أكثر من 167000 جول) لتسخين كيلوغرام واحد من الماء بمقدار 40 كلفن أو 40 درجة مئوية.
للرصاص:
Q = 10 كجم × 128 J / كجم K × 40 K
= 51،200 ي
= 51.2 كيلو جول
لذلك يتطلب الأمر 51.2 كيلو جول (51،200 جول) من الطاقة لتسخين 10 كجم من الرصاص بنسبة 40 كيلو أو 40 درجة مئوية. لاحظ أنه يتطلب طاقة أقل لتسخين 10 أضعاف كمية الرصاص بنفس الكمية ، لأن الرصاص أسهل في تسخينه من الماء.
تعمل الطاقة على قياس الطاقة التي يتم توصيلها في الثانية ، وهذا يمكّنك من حساب الوقت المستغرق لتسخين الكائن المعني. الوقت المستغرق (تي) اعطي من قبل:
تي = Q ÷ P
أين Q هي الطاقة الحرارية المحسوبة في الخطوة السابقة و P هي القوة بالواط (W ، أي جول في الثانية). تخيل أن الماء من المثال يتم تسخينه بواسطة غلاية 2 كيلو واط (2000 واط). تعطي النتيجة من القسم السابق:
تي = 167440 J ÷ 2000 J / s
= 83.72 ثانية
لذلك يستغرق أقل من 84 ثانية فقط لتسخين كيلوغرام واحد من الماء بمقدار 40 كلفن باستخدام غلاية 2 كيلو وات. إذا تم تزويد الطاقة بقطعة 10 كجم من الرصاص بنفس المعدل ، فستستغرق عملية التسخين:
تي = 51200 J ÷ 2000 J / s
= 25.6 ثانية
لذلك يستغرق 25.6 ثانية لتسخين الرصاص إذا تم توفير الحرارة بنفس المعدل. مرة أخرى ، هذا يعكس حقيقة أن الرصاص يسخن بسهولة أكثر من الماء.