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Différents matériaux chauffent à différentes vitesses et calculent le temps nécessaire pour élever la température d’un objetquantité spécifiée est un problème commun pour les étudiants en physique. Pour le calculer, vous devez connaître la capacité thermique spécifique de l’objet, sa masse, son changement.la température que vous recherchez et la vitesse à laquelle l’énergie thermique lui est fournie. Voir ce calcul effectué pour l’eau et amener à comprendre le processus et commentil est calculé en général.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Calculer la chaleur (Q) requis en utilisant la formule:
Q = mc∆T
Où m signifie la masse de l'objet, c représente la capacité thermique spécifique etT est le changement de température. Le temps pris (t) chauffer leobjet quand l'énergie est fournie au pouvoir P est donné par:
t = Q ÷ P
La formule de la quantité d’énergie thermique nécessaire pour produire un certain changement dela température est:
Q = mc∆T
Où m signifie la masse de l'objet, c est la capacité thermique spécifique du matériau fabriqué à partir deetT est le changement de température. Tout d'abord, calculez le changement de température en utilisant la formule:
∆T = température finale – température de départ
Si vous chauffez quelque chose de 10 ° à 50 °, cela donne:
∆T = 50° – 10°
= 40°
Notez que si Celsius et Kelvin sont des unités différentes (et 0 ° C = 273 K),un changement de 1 ° C équivaut à un changement de 1 K, de sorte qu'ils peuvent être utilisés indifféremment dans cette formule.
Chaque matériau a une capacité calorifique spécifique, ce qui vous indique combienl'énergie nécessaire pour le chauffer de 1 degré Kelvin (ou 1 degré Celsius), pour une quantité spécifique d'une substance ou d'un matériau. Trouver souvent la capacité calorifique de votre matériau spécifiquenécessite la consultation de tables en ligne (voir Ressources), mais voici quelques valeurs pour c pour les matériaux courants, en joules par kilogramme et par Kelvin (J / kg K):
Alcool (alcool) = 2400
Aluminium = 900
Bismuth = 123
Laiton = 380
Cuivre = 386
Glace (à -10 ° C) = 2 050
Verre = 840
Or = 126
Granit = 790
Plomb = 128
Mercure = 140
Argent = 233
Tungstène = 134
Eau = 4 186
Zinc = 387
Choisissez la valeur appropriée pour votre substance.Dans ces exemples, l’accent sera mis sur l’eau (c = 4 186 J / kg K) et du plomb (c = 128 J / kg K).
La quantité finale dans l'équation est m pour la masse de l'objet. En bref, il faut plus d’énergie pour chauffer une plus grande quantité de matériau. Alors, pour l’exemple, imaginez que vous calculiez la chaleur nécessaire pour chauffer1 kilogramme (kg) d'eau et 10 kg de plomb par 40 K. La formule est la suivante:
Q = mc∆T
Donc pour l'exemple de l'eau:
Q = 1 kg × 4186 J / kg K ×40 K
= 167 440 J
= 167,44 kJ
Il faut donc 167,44 kilojoules d’énergie (soit plus de 167 000 joules) pour chauffer 1 kg d’eau de 40 K ou 40 ° C.
Pour le plomb:
Q = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K
= 51 200 J
= 51,2 kJ
Il faut donc 51,2 kJ (51 200 joules) d’énergie pour chauffer 10 kg de plomb à 40 K ou 40 ° C.Notez qu'il faut moins d'énergie pour chauffer dix fois plus de plomb par la même quantité, car le plomb est plus facile à chauffer que l'eau.
Power mesure l'énergie délivrée par seconde,et cela vous permet de calculer le temps nécessaire pour chauffer l'objet en question. Temps pris (t) est donné par:
t = Q ÷ P
Où Q est l'énergie thermiquecalculé à l'étape précédente et P est la puissance en watts (W, c’est-à-dire joules par seconde). Imaginez que l’eau de l’exemple soit chauffée par une bouilloire de 2 kW (2 000 W).Le résultat de la section précédente donne:
t = 167440 J ÷ 2000 J / s
= 83,72 s
Il faut donc un peu moins de 84 secondes pour chauffer 1 kg d'eau de 40 K à l'aide d'une bouilloire de 2 kW.Si le bloc de plomb de 10 kg était alimenté au même taux, le chauffage nécessiterait:
t = 51200 J ÷ 2000 J / s
= 25,6 s
Il faut donc 25,6 secondes pourchauffer le plomb si la chaleur est fournie au même taux. Encore une fois, cela reflète le fait que le plomb se réchauffe plus facilement que l'eau.