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    Como calcular o tempo para aquecer um objeto

    Diferentes materiais aquecem a taxas diferentes e calcular quanto tempo levará para elevar a temperatura de um objeto em uma quantidade especificada é um problema comum para estudantes de física. Para calculá-lo, é necessário conhecer a capacidade térmica específica do objeto, a massa do objeto, a mudança de temperatura que você está procurando e a taxa na qual a energia térmica é fornecida a ele. Veja este cálculo realizado para a água e leve a entender o processo e como ele é calculado em geral.

    TL; DR (muito longo; não leu)

    Calcule o calor ( Q
    ) necessário usando a fórmula:

    Q

    \u003d mc
    T

    Onde m
    significa a massa do objeto, c
    representa a capacidade específica de calor e ∆ T
    é a mudança de temperatura. O tempo gasto ( t
    ) para aquecer o objeto quando a energia é fornecida na potência P
    é dado por:

    t

    \u003d Q
    ÷ P

    1. Calcular a mudança de temperatura em graus Celsius ou Kelvin

      A fórmula para a quantidade da energia térmica necessária para produzir uma certa mudança de temperatura é:

      Q

      \u003d mc
      T

      Onde m
      significa a massa do objeto, c
      é a capacidade térmica específica do material de que é feito e ∆ T
      é a mudança de temperatura. Primeiro, calcule a mudança de temperatura usando a fórmula:

      T
      \u003d temperatura final
      - temperatura inicial

      Se você está aquecendo algo de 10 ° a 50 °, isso fornece:

      T
      \u003d 50 ° - 10 °

      \u003d 40 °

      Observe que, enquanto Celsius e Kelvin são unidades diferentes (e 0 ° C \u003d 273 K), uma mudança de 1 ° C é igual a uma mudança de 1 K, para que possam ser usados alternadamente nesta fórmula.

    2. Encontre o Capacidade de calor específica do material

      Todo material tem uma capacidade de calor específica única, que informa a quantidade de energia necessária para aquecê-lo em 1 grau Kelvin (ou 1 grau Celsius), por um período específico. quantidade de uma substância ou material. Encontrar a capacidade de aquecimento de seu material específico geralmente requer consultas a tabelas on-line (consulte Recursos), mas aqui estão alguns valores para c
      para materiais comuns, em joules por quilograma e por Kelvin (J /kg K):

      Álcool (potável) \u003d 2.400

      Alumínio \u003d 900

      Bismuto \u003d 123

      Latão \u003d 380

      Cobre \u003d 386

      Gelo (a -10 ° C) \u003d 2.050

      Vidro \u003d 840

      Ouro \u003d 126

      Granito \u003d 790

      Chumbo \u003d 128

      Mercúrio \u003d 140

      Prata \u003d 233

      Tungstênio \u003d 134

      Água \u003d 4.186

      Zinco \u003d 387

      Escolha o valor apropriado para sua substância. Nestes exemplos, o foco será na água ( c
      \u003d 4.186 J /kg K) e chumbo ( c
      \u003d 128 J /kg K).

    3. Encontre a massa e calcule o calor necessário

      A quantidade final na equação é m
      para a massa do objeto. Em resumo, é preciso mais energia para aquecer uma quantidade maior de material. Então, por exemplo, imagine que você está calculando o calor necessário para aquecer 1 kg (kg) de água e 10 kg de chumbo por 40 K. A fórmula afirma:

      Q

      \u003d mc
      T

      Então, para o exemplo da água:

      Q

      \u003d 1 kg × 4186 J /kg K × 40 K

      \u003d 167.440 J

      \u003d 167,44 kJ

      Portanto, são necessários 167,44 quilojoules de energia (ou seja, mais de 167.000 joules) ) para aquecer 1 kg de água a 40 K ou 40 ° C.

      Para chumbo:

      Q

      \u003d 10 kg × 128 J /kg K × 40 K

      \u003d 51.200 J

      \u003d 51,2 kJ

      São necessários 51,2 kJ (51.200 joules) de energia para aquecer 10 kg de chumbo em 40 K ou 40 ° C. Observe que requer menos energia para aquecer dez vezes mais chumbo na mesma quantidade, porque o chumbo é mais fácil de aquecer que a água.

    4. Calcule o tempo gasto

      A energia mede a energia entregue por segundo, e isso permite calcular o tempo necessário para aquecer o objeto em questão. O tempo gasto ( t
      ) é dado por:

      t

      \u003d Q
      ÷ P

      Onde Q
      é a energia térmica calculada na etapa anterior e P
      é a potência em watts (W, isto é, joules por segundo). Imagine que a água do exemplo está sendo aquecida por uma chaleira de 2 kW (2.000 W). O resultado da seção anterior fornece:

      t

      \u003d 167440 J ÷ 2000 J /s

      \u003d 83.72 s

      Portanto, leva apenas menos de 84 segundos para aquecer 1 kg de água a 40 K usando uma chaleira de 2 kW. Se fosse fornecida energia ao bloco de 10 kg de chumbo na mesma taxa, o aquecimento seria necessário:

      t

      \u003d 51200 J ÷ 2000 J /s

      \u003d 25,6 s

      Portanto, são necessários 25,6 segundos para aquecer o chumbo se o calor for fornecido na mesma taxa. Novamente, isso reflete o fato de que o chumbo esquenta mais facilmente do que a água.

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