Come calcolare il tempo di riscaldamento di un liquido

Tramite: O2O
Difficoltà: facile
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Introduzione

La termodinamica è la branca della fisica che studia il trasferimento di energia sotto forma di calore. Trattandosi di una materia molto importante rientra nei programmi sia delle scuole medie che delle superiori e deve essere studiata in maniera approfondita per poter essere compresa. Alcuni concetti possono risultare piuttosto complicati se è la prima volta che vengono affrontati. Fra questi troviamo il tempo di riscaldamento di un liquido e con questa guida chiariremo come si fa a calcolare questa grandezza mettendo in evidenza alcuni concetti chiave ma cercando il tempo stesso di restare molto semplici in modo tale da consentire al lettore di formarsi un'idea ed eventualmente di approfondire le informazioni.

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Occorrente

  • Quantità di liquido da riscaldare
  • Liquido con valore della grandezza di "3800 E"
  • Quantità di gradi centigradi (k)
  • Potenza del fuoco (p)
  • Quantità di tempo in secondi (T)
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Condizioni iniziali

Per rendere più semplice la comprensione del problema utilizzeremo un esempio pratico. Per calcolare il tempo di riscaldamento di un liquido, dobbiamo conoscere l'energia da fornire al liquido che stiamo analizzando, questo in modo da incrementare di un solo grado centigrado la sua temperatura. Noto Infatti il tempo necessario per. Incrementare la temperatura di un solo grado centigrado, è possibile calcolare con un semplice sistema lineare il tempo necessario per qualsiasi incremento di temperatura, salvo restando il mantenimento della fase, ovverosia senza passare da liquido a vapore . La grandezza che ricaviamo la troveremo espressa in joule, l'unità di misura dell'energia che indicheremo con la lettera "E". Supponiamo di dover studiare un liquido che prevede un valore pari a "3800 E". L'ulteriore informazione che dobbiamo sapere è ovviamente la quantità del liquido che dobbiamo riscaldare. Ipotizziamo di avere a disposizione un campione di "200 gr" di liquido da analizzare.

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Aggiungere energia al sistema

Per poter incrementare la temperatura del liquido dobbiamo avvicinarlo ad una sorgente di calore ovverosia ad un corpo che presenti una temperatura superiore rispetto a quello del campione che stiamo osservando. Secondo la termodinamica, date le informazioni in nostro possesso, possiamo incrementare la temperatura del nostro liquido di una quantità espressa in gradi centigradi e che denomineremo "k". Precisamente, dobbiamo fornire un'energia calcolata in joule uguale al prodotto "3800 E * 200 gr * k". Per riscaldare il liquido, utilizzeremo come sorgente di calore un fuoco che scalda ad una determinata potenza, espressa in Watt (W). Adesso scopriamo qual è la potenza del fuoco a nostra disposizione, che possiamo indicare con la lettera "p". In termini energetici, il contributo della sorgente di calore lo otteniamo moltiplicando "p" con l'incognita che t la quantità di tempo "T" espressa per convenzione in secondi.

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Calcolare il tempo di riscaldamento

Supponiamo che il nostro fuoco abbia una potenza di "200 W". A questo punto, dovremo ricavare il valore del "k". Il nostro liquido inizialmente si trova ad una temperatura di 10°C e desideriamo riscaldarlo fino a raggiungere i 60°C? Avremo che il "k" vale 50°C. Adesso eseguiamo la moltiplicazione tra la quantità del liquido, il valore della "E" ed il "k". In questo modo, otterremo come risultato "200 gr * 3800 E * 50°C = 38000". Successivamente, dobbiamo dividere quest'ultimo con la potenza del fuoco. Il risultato che avremo è "38000 / 200 W = 190" (espresso in secondi). Questo rappresenta proprio il tempo di riscaldamento del liquido analizzato. Le formule descritte sono invertibili per trovare una delle variabili che avevamo già a disposizione in questa guida.

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