Jedním z důležitých procesů ve fyzice spojených s teplem je ochlazení těla. S vědomím ztráty tepla lze vypočítat dobu, po kterou se tělo ochladí na určitou teplotu. Tento výpočet je zvláště užitečný v různých technických a fyzikálních úkolech souvisejících s přenosem tepla a výměníkem tepla.
Pokud jsou známy počáteční tělesné teploty a množství ztraceného tepla, lze vypočítat, kolik tepla tělo ztratilo, když se ochladilo o určitý počet stupňů. Vzorec pro výpočet ztráty tepla je součin změny teploty na určitý koeficient.
Pokud se tělo ochladí o Δt stupňů a ztratí Q J tepla, lze ztrátu tepla L vypočítat podle následujícího vzorce:
L = c * Δt
kde L - ztráta tělesného tepla (v joulech), c - součinitel tepelné ztráty (v joulech na stupeň Celsia), Δt - změna teploty (ve stupních Celsia).
Pomocí tohoto vzorce lze vypočítat ztrátu tělesného tepla, když se ochladí o 15 stupňů a ztratí 2 500 J tepla, jednoduše vložením hodnot do vzorce a provedením jednoduchých výpočtů.
Kolik tepla ztratilo tělo?
Vypočítejte množství ztraceného tepla tělem pomocí vzorce:
kde Q je ztracené teplo (v J), M je tělesná hmotnost (v kg), c je měrná tepelná kapacita látky (v J/kg°c), ΔT je změna teploty (v °C).
Pro výpočet je nutné znát tělesnou hmotnost a specifickou tepelnou kapacitu látky. Když tyto hodnoty znáte, můžete je vložit do vzorce a vypočítat ztracené teplo.
Ochlazení o 15 stupňů
Ochlazení těla o 15 stupňů lze vypočítat pomocí vzorce pro výpočet přenosu tepla.
Vzorec je následující:
kde Q je množství přeneseného tepla (v žulách),
m-tělesná hmotnost (v kg),
C-měrná tepelná kapacita látky (v J/(kg*°c)),
ΔT - změna teploty (v °C).
V tomto případě víme, že tělo ztratilo 2500 J tepla a ochladilo se o 15 stupňů.
Pro výpočet ztráty tepla lze použít vzorec:
Zde lze najít hodnotu mc:
Tuto hodnotu lze nyní použít k výpočtu množství přeneseného tepla:
Q = (2500 / 15) * 15
Tělo tak ztratilo 2500 J tepla, když se ochladilo o 15 stupňů.
Ztráta 2500 J tepla
Pro výpočet tepelné ztráty těla, které se ochladilo o 15 stupňů a ztratilo 2 500 J tepla, je nutné použít příslušný vzorec. Tepelnou ztrátu lze určit podle vzorce:
kde Q-tepelné ztráty,
c-měrná tepelná kapacita látky,
ΔT - změna teploty.
Pro tento úkol je nutné znát hmotnost těla a jeho specifickou tepelnou kapacitu.
Pokud tyto údaje chybí, lze použít průměrné hodnoty. Například u člověka se předpokládá, že jeho hmotnost je asi 70 kg a měrná tepelná kapacita je 3500 J/(kg*°c).
Tím, že vložíme známé hodnoty do vzorce, získáme:
2500 = 70 * 3500 * ΔT.
Z této rovnice lze vyjádřit ΔT:
ΔT = 2500 / (70 * 3500) ≈ 0.102 stupně.
Tělo tak ztratilo zhruba 0.102 stupňů tepla.
Výpočet a vzorec
Pro výpočet ztráty tělesného tepla při chlazení je nutné použít vzorec k určení množství tepla přenášeného z těla s hmotností m a tepelnou kapacitou C látky:
- Q-množství ztraceného tepla (J);
- m-tělesná hmotnost (kg);
- C-měrná tepelná kapacita látky (J/(kg·°c));
- ΔT-změna tělesné teploty (°C).
Pokud se například tělo o hmotnosti 10 kg a specifické tepelné kapacitě 1000 J/(kg·°c) ochladilo o 15 stupňů, pak ztráta tepla bude:
Q = 10 * 1000 * 15 = 150 000 J
Tělo tak ztratilo 150.000 J tepla při 15stupňovém chlazení.
Výpočet rychlosti tepelných ztrát
Pro výpočet rychlosti tepelných ztrát je nutné znát tělesnou hmotnost a jeho specifickou tepelnou kapacitu. Pro snadný výpočet lze použít následující vzorec:
- Q-množství ztraceného tepla (v joulech);
- m-tělesná hmotnost (v kilogramech);
- c-měrná tepelná kapacita těla (v joulech na kilogram na stupeň Celsia);
- ΔT-změna tělesné teploty (ve stupních Celsia).
Pro zjištění rychlosti tepelných ztrát je nutné rozdělit množství ztraceného tepla na dobu, během které dochází ke ztrátám. Vzorec tedy bude vypadat následovně:
Rychlost tepelné ztráty = Q / t
- Q-množství ztraceného tepla (v joulech);
- t-čas, během kterého dochází ke ztrátě (v sekundách).
Na základě údajů o ztrátě 2 500 J tepla tělem, které se ochladilo o 15 stupňů, můžeme vypočítat rychlost tepelných ztrát za určitou dobu.
Rychlost tepelné ztráty = 2500 / t
Bez určení konkrétní hodnoty času nelze provést přesné výpočty.
Závislost na čase
Pro výpočet závislosti na době ztráty tepla tělem při ochlazení lze použít následující vzorec:
kde Q je množství ztraceného tepla (v J), m je tělesná hmotnost (v kg), c je specifická tepelná kapacita látky(v J/(kg·°c)), ΔT je změna teploty (v °C).
Vložením známých hodnot do vzorce získáme:
Pomocí této rovnice lze vypočítat tělesnou hmotnost nebo specifickou tepelnou kapacitu látky, když znáte dva ze tří parametrů.
Známé parametry
Pro výpočet ztráty tělesného tepla během 15stupňového ostění a ztráty 2 500 J tepla je třeba vzít v úvahu následující známé parametry:
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Původní teplota | není známo |
| Teplota konečná | není známo |
| Ztráta tepla | 2500 J |
K určení počáteční a konečné tělesné teploty je nutné použít další data nebo provést další výpočty na základě fyzikálních zákonů přenosu tepla a vlastností tělesného materiálu.
Počáteční tělesná teplota
Chcete-li vypočítat, kolik tepla ztratilo tělo, ochladilo se o 15 stupňů a ztratilo 2 500 J tepla, musíte znát jeho počáteční teplotu. Počáteční tělesnou teplotu lze určit pomocí vzorce výměny tepla.
Vzorec pro výpočet počáteční tělesné teploty:
| Q | = | m * c * ΔT |
| (1) |
- Q - množství ztraceného tepla (v J)
- m - tělesná hmotnost (v kg)
- c - měrná tepelná kapacita tělesného materiálu (v J/(kg*°C))
- ΔT - změna teploty (v °C)
Pomocí vzorce (1) a již známých hodnot pro ΔT (15 °C) a Q (2500 J) lze vypočítat počáteční tělesnou teplotu.
Tepelná kapacita
Vzorec pro výpočet tepelné kapacity:
C = Q / ΔT
kde C označuje tepelnou kapacitu, Q je množství tepla, ΔT je změna teploty.
V tomto případě, Chcete-li vypočítat tepelnou kapacitu, musíte vědět, kolik tepla tělo ztratilo a jak se ochladilo. Za těchto podmínek lze tepelnou kapacitu vyjádřit následovně:
C = -2500 J / 15 stupňů
Použitím tohoto vzorce lze vypočítat tepelnou kapacitu těla a určit množství tepla potřebné ke změně jeho teploty na jednotku.
Hustota
Vzorec pro výpočet hustoty je následující:
ρ = m / V,
kde P je hustota, m je hmotnost látky, V je objem zabíraný látkou.
Hustota je důležitou charakteristikou látky, protože umožňuje posoudit její fyzikální vlastnosti. Například hustota látky ovlivňuje její vztlak-husté látky se topí a méně husté látky vyplouvají na povrch kapaliny nebo plynu.
Hustota látky se také může měnit, když se mění podmínky (například při změně teploty nebo tlaku), takže při zkoumání různých materiálů je nutné tento parametr zvážit.