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    Comment calculer le temps de chauffage d'un objet

    Différents matériaux chauffent à des rythmes différents, et calculer le temps qu'il faudra pour élever la température d'un objet d'une quantité spécifiée est un problème courant pour les étudiants en physique. Pour le calculer, vous devez connaître la capacité thermique spécifique de l'objet, la masse de l'objet, le changement de température que vous recherchez et la vitesse à laquelle l'énergie thermique lui est fournie. Voir ce calcul effectué pour l'eau et conduire à comprendre le processus et comment il est calculé en général.

    TL; DR (trop long; n'a pas lu)

    Calculez la chaleur ( Q
    ) requis en utilisant la formule:

    Q

    \u003d mc
    T

    m
    signifie la masse de l'objet, c
    représente la capacité thermique spécifique et ∆ T
    est le changement de température. Le temps ( t
    ) pour chauffer l'objet lorsque l'énergie est fournie à la puissance P
    est donné par:

    t

    \u003d Q
    ÷ P

    1. Calculez le changement de température en degrés Celsius ou Kelvin

      La formule du montant d'énergie thermique nécessaire pour produire un certain changement de température est:

      Q

      \u003d mc
      T

      m
      signifie la masse de l'objet, c
      est la capacité thermique spécifique du matériau dont il est fait et ∆ T
      est le changement de Température. Calculez d'abord le changement de température à l'aide de la formule:

      T
      \u003d température finale
      - température de départ

      Si vous chauffez quelque chose de 10 ° à 50 °, cela donne:

      T
      \u003d 50 ° - 10 °

      \u003d 40 °

      Notez que si Celsius et Kelvin sont des unités différentes (et 0 ° C \u003d 273 K), un changement de 1 ° C équivaut à un changement de 1 K, ils peuvent donc être utilisés de manière interchangeable dans cette formule.

    2. Trouver le Capacité thermique spécifique du matériau

      Chaque matériau a une capacité thermique spécifique unique, qui vous indique la quantité d'énergie nécessaire pour le chauffer de 1 degré Kelvin (ou 1 degré Celsius), pour un quantité d'une substance ou d'une matière. Trouver la capacité thermique de votre matériau spécifique nécessite souvent de consulter des tableaux 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 (à boire) \u003d 2 400

      Aluminium \u003d 900

      Bismuth \u003d 123

      Laiton \u003d 380

      Cuivre \u003d 386

      Glace (à −10 ° C) \u003d 2050

      Verre \u003d 840

      Or \u003d 126

      Granit \u003d 790

      Plomb \u003d 128

      Mercure \u003d 140

      Argent \u003d 233

      Tungstène \u003d 134

      Eau \u003d 4,186

      Zinc \u003d 387

      Choisissez la valeur appropriée pour votre substance. Dans ces exemples, l'accent sera mis sur l'eau ( c
      \u003d 4 186 J /kg K) et le plomb ( c
      \u003d 128 J /kg K).

    3. Rechercher la masse et calculer la chaleur requise

      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. Donc, pour l'exemple, imaginez que vous calculez la chaleur nécessaire pour chauffer 1 kilogramme (kg) d'eau et 10 kg de plomb par 40 K. La formule indique:

      Q

      \u003d mc
      T

      Donc pour l'exemple de l'eau:

      Q

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

      \u003d 167 440 J

      \u003d 167,44 kJ

      Il faut donc 167,44 kilojoules d'énergie (soit plus de 167 000 joules) ) pour chauffer 1 kg d'eau à 40 K ou 40 ° C.

      Pour le plomb:

      Q

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

      \u003d 51 200 J

      \u003d 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 nécessite 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.

    4. Calcul du temps nécessaire

      La puissance mesure l'énergie délivrée par seconde, ce qui vous permet de calculer le temps nécessaire pour chauffer l'objet en question. Le temps pris ( t
      ) est donné par:

      t

      \u003d Q
      ÷ P

      Q
      est l'énergie thermique calculée à l'étape précédente et P
      est la puissance en watts (W, c'est-à-dire en joules par seconde). Imaginez que l'eau de l'exemple est chauffée par une bouilloire de 2 kW (2 000 W). Le résultat de la section précédente donne:

      t

      \u003d 167440 J ÷ 2000 J /s

      \u003d 83,72 s

      Il faut donc un peu moins de 84 secondes pour chauffer 1 kg d'eau par 40 K à l'aide d'une bouilloire de 2 kW. Si le bloc de plomb de 10 kg était alimenté au même rythme, le chauffage prendrait:

      t

      \u003d 51200 J ÷ 2000 J /s

      \u003d 25,6 s

      Il faut donc 25,6 secondes pour chauffer le plomb si la chaleur est fournie au même rythme. Encore une fois, cela reflète le fait que le plomb se réchauffe plus facilement que l'eau.

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