Isi
Bahan yang berbeda memanas pada tingkat yang berbeda, dan menghitung berapa lama waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu objek dengan jumlah yang ditentukan adalah masalah umum bagi siswa fisika. Untuk menghitungnya, Anda perlu mengetahui kapasitas panas spesifik objek, massa objek, perubahan suhu yang Anda cari, dan tingkat di mana energi panas dipasok ke sana. Lihat perhitungan ini dilakukan untuk air dan mengarah untuk memahami proses dan bagaimana itu dihitung secara umum.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)
Hitung panasnya (Q) wajib menggunakan rumus:
Q = mc∆T
Dimana m berarti massa benda, c singkatan kapasitas panas spesifik dan ∆T adalah perubahan suhu. Waktu yang diambil (t) untuk memanaskan objek ketika energi disuplai dengan daya P diberikan oleh:
t = Q ÷ P
Formula untuk jumlah energi panas yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan suhu tertentu adalah:
Q = mc∆T
Dimana m berarti massa benda, c adalah kapasitas panas spesifik dari bahan yang dibuat dan ∆T adalah perubahan suhu. Pertama, hitung perubahan suhu menggunakan rumus:
∆T = suhu akhir – suhu mulai
Jika Anda memanaskan sesuatu dari 10 ° hingga 50 °, ini memberi:
∆T = 50° – 10°
= 40°
Perhatikan bahwa sementara Celcius dan Kelvin adalah unit yang berbeda (dan 0 ° C = 273 K), perubahan 1 ° C sama dengan perubahan 1 K, sehingga mereka dapat digunakan secara bergantian dalam rumus ini.
Setiap bahan memiliki kapasitas panas spesifik yang unik, yang memberi tahu Anda berapa banyak energi yang diperlukan untuk memanaskannya hingga 1 derajat Kelvin (atau 1 derajat Celcius), untuk jumlah zat atau bahan tertentu. Menemukan kapasitas panas untuk bahan spesifik Anda seringkali memerlukan konsultasi meja daring (lihat Sumberdaya), tetapi berikut adalah beberapa nilainya c untuk bahan umum, dalam joule per kilogram dan per Kelvin (J / kg K):
Alkohol (minum) = 2.400
Aluminium = 900
Bismuth = 123
Kuningan = 380
Tembaga = 386
Es (pada -10 ° C) = 2.050
Kaca = 840
Emas = 126
Granit = 790
Timbal = 128
Merkuri = 140
Perak = 233
Tungsten = 134
Air = 4,186
Seng = 387
Pilih nilai yang sesuai untuk substansi Anda. Dalam contoh-contoh ini, fokusnya adalah pada air (c = 4.186 J / kg K) dan timah (c = 128 J / kg K).
Kuantitas terakhir dalam persamaan adalah m untuk massa objek. Singkatnya, dibutuhkan lebih banyak energi untuk memanaskan sejumlah besar material. Jadi sebagai contoh, bayangkan Anda menghitung panas yang diperlukan untuk memanaskan 1 kilogram (kg) air dan 10 kg timah oleh 40 K. Rumus menyatakan:
Q = mc∆T
Jadi untuk contoh air:
Q = 1 kg × 4186 J / kg K × 40 K
= 167,440 J
= 167,44 kJ
Jadi dibutuhkan 167,44 kilojoule energi (mis., Lebih dari 167.000 joule) untuk memanaskan 1 kg air hingga 40 K atau 40 ° C.
Untuk memimpin:
Q = 10 kg × 128 J / kg K × 40 K
= 51.200 J
= 51.2 kJ
Jadi dibutuhkan 51,2 kJ (51.200 joule) energi untuk memanaskan 10 kg timah dengan 40 K atau 40 ° C. Perhatikan bahwa membutuhkan lebih sedikit energi untuk memanaskan timbal sepuluh kali lebih banyak dengan jumlah yang sama, karena timbal lebih mudah dipanaskan daripada air.
Daya mengukur energi yang dikirimkan per detik, dan ini memungkinkan Anda menghitung waktu yang diperlukan untuk memanaskan objek yang dimaksud. Waktu yang dibutuhkan (t) diberikan oleh:
t = Q ÷ P
Dimana Q adalah energi panas yang dihitung pada langkah sebelumnya dan P adalah kekuatan dalam watt (W, yaitu, joule per detik). Bayangkan air dari contoh dipanaskan oleh ketel 2 kW (2.000 W). Hasil dari bagian sebelumnya memberikan:
t = 167440 J ÷ 2000 J / s
= 83,72 dtk
Jadi hanya butuh kurang dari 84 detik untuk memanaskan 1 kg air hingga 40 K menggunakan ketel 2-kW. Jika daya disuplai ke blok timbal 10-kg pada tingkat yang sama, pemanasan akan membutuhkan:
t = 51200 J ÷ 2000 J / s
= 25,6 dtk
Jadi butuh 25,6 detik untuk memanaskan timah jika panas disuplai dengan kecepatan yang sama. Sekali lagi, ini mencerminkan fakta bahwa timah panas lebih mudah daripada air.