¿Cuál es la fórmula física para calcular cuánto calor se necesita para hervir X litros de agua en Y segundos?

Bueno, lo primero: suposiciones. Probablemente esté asumiendo que está hirviendo agua a través de una olla.

Sin embargo, la mejor aproximación a esta olla, matemáticamente hablando, es una losa de material entre una fuente de calor y su objetivo, y la transferencia de calor se realiza en 1 dirección. Por supuesto, una olla en una estufa también tendrá conducción a través de los lados, por lo que hacer esto realidad es más difícil.

Para muchas aplicaciones simples, la ley de Fourier se usa en su forma unidimensional. En la dirección x. Vea las ecuaciones a continuación:

Forma integral

Al integrar la forma diferencial sobre la superficie total S del material, llegamos a la forma integral de la ley de Fourier:

donde (incluidas las unidades SI)

es la cantidad de calor transferido por unidad de tiempo (en W) y es un elemento de superficie orientada (en m2)

La ecuación diferencial anterior, cuando se integra para un material homogéneo de geometría 1-D entre dos puntos finales a temperatura constante, proporciona el caudal de calor como:

dónde

A es el área de la superficie de la sección transversal, Δ T es la diferencia de temperatura entre los extremos, Δ x es la distancia entre los extremos. es el flujo de calor local, W · m − 2 es la conductividad del material, W · m − 1 · K − 1, es el gradiente de temperatura, K · m − 1.

http://en.wikipedia.org/wiki/Hea…

Eso es bastante fácil, pero primero necesitará información inicial como:
a) La temperatura inicial del agua dada (digamos T).
b) Tiempo a tomar (dados Y segundos)
c) Cantidad de agua (X litros)

Otro hecho es que la cantidad de calor requerida para provocar el cambio de fase no depende del tiempo, es decir, el calor total gastado será el mismo independientemente de la cantidad de tiempo que se tarda en hervir, pero dada la cantidad de segundos, la cantidad de calor suministrado por segundo se puede encontrar.

El calor total (digamos H) requerido se puede obtener usando:
H = (1000 * X * (100 – T) + 540000 * X) calorías

Por lo tanto, calor por segundo =
H dividido por Y = (1000 * X * (100 – T) + 540000 * X) / Y calorías / seg.

Si el agua ya está a 100 grados centígrados, ponga T = 100 y todo encajará en su lugar.