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 Q Onde m t A fórmula para a quantidade da energia térmica necessária para produzir uma certa mudança de temperatura é: Q Onde m ∆ T Se você está aquecendo algo de 10 ° a 50 °, isso fornece: ∆ T \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. 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 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 A quantidade final na equação é m Q Então, para o exemplo da água: Q \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 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. 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 t Onde Q t \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 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.
) necessário usando a fórmula:
\u003d mc
∆ T
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:
\u003d Q
÷ P
\u003d mc
∆ T
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:
\u003d temperatura final
- temperatura inicial
\u003d 50 ° - 10 °
para materiais comuns, em joules por quilograma e por Kelvin (J /kg K):
\u003d 4.186 J /kg K) e chumbo ( c
\u003d 128 J /kg K).
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:
\u003d mc
∆ T
\u003d 1 kg × 4186 J /kg K × 40 K
\u003d 10 kg × 128 J /kg K × 40 K
) é dado por:
\u003d Q
÷ P
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:
\u003d 167440 J ÷ 2000 J /s
\u003d 51200 J ÷ 2000 J /s
