1Ciepło właściwe
- Oznaczenia: Q – ciepło pobrane lub oddane [J]; m – masa [kg]; c – ciepło właściwe [J/(kg·K)]; ΔT – zmiana temperatury [K] (w °C liczbowo taka sama).
- Ciepło właściwe c to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg substancji o 1 K. Jest cechą substancji i jej stanu skupienia (lód i woda mają różne c).
Q = m · c · ΔT – gdy ciało zmienia temperaturę bez zmiany stanu skupienia.
| Substancja | c [J/(kg·K)] |
|---|---|
| woda | ok. 4200 |
| lód | ok. 2100 |
| aluminium | ok. 900 |
| żelazo | ok. 450 |
| miedź | ok. 390 |
„duże c oznacza, że ciało łatwo się nagrzewa”
Odwrotnie: im większe c, tym więcej ciepła trzeba dostarczyć na ten sam wzrost temperatury.
2Obliczanie ciepła
- Przykład. Dane: m = 0,5 kg wody, ΔT = 10 K, c = 4200 J/(kg·K).
- Wzór: Q = m · c · ΔT.
- Obliczenia: Q = 0,5 kg · 4200 J/(kg·K) · 10 K = 21 000 J.
- Odpowiedź: potrzeba 21 kJ.
- Te same 21 kJ ogrzałyby 0,5 kg żelaza aż o ok. 93 K (21 000 J : (0,5 kg · 450 J/(kg·K))), czyli ponad 9 razy bardziej niż wodę.
Co to jest ciepło właściwe?
Ciepło właściwe dotyczy 1 kg substancji i zmiany temperatury o 1 K.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
3Wyznaczanie c w kalorymetrze
- Kalorymetr to naczynie izolowane cieplnie. Wkładasz do wody w kalorymetrze nagrzane ciało i czekasz, aż temperatury się wyrównają.
- Jeśli pominiesz straty i ogrzewanie samego naczynia, ciepło oddane przez ciało jest równe ciepłu pobranemu przez wodę: m · c · ΔT = mw · cw · ΔTw. Stąd:
c = mw · cw · ΔTw przez m · ΔT, gdzie mw, cw, ΔTw – masa, ciepło właściwe i przyrost temperatury wody; m, ΔT – masa ciała i spadek jego temperatury.
- Przykład. Ciało m = 0,2 kg o temperaturze 100 °C włożono do mw = 0,3 kg wody o temperaturze 20 °C; temperatura końcowa 25 °C. ΔTw = 5 K, ΔT = 75 K, więc c = 0,3 · 4200 · 5 przez 0,2 · 75 J/(kg·K) = 420 J/(kg·K) – blisko żelaza.
- Inny sposób: grzałka o mocy P [W] grzeje ciecz przez czas t [s], więc Q = P · t i c = P · t przez m · ΔT.
- Pełny bilans cieplny kilku ciał (także z przemianami fazowymi) to zakres rozszerzony.
✎Ściąga: Ciepło właściwe i kalorymetr
Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.
- Q = m · c · ΔT – gdy ciało zmienia temperaturę bez zmiany stanu skupienia.
- c = mw · cw · ΔTw przez m · ΔT, gdzie mw, cw, ΔTw – masa, ciepło właściwe i przyrost temperatury wody; m, ΔT – masa ciała i spadek jego temperatury.
- Oznaczenia: Q – ciepło pobrane lub oddane [J]; m – masa [kg]; c – ciepło właściwe [J/(kg·K)]; ΔT – zmiana temperatury [K] (w °C liczbowo taka sama).
- Ciepło właściwe c to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg substancji o 1 K. Jest cechą substancji i jej stanu skupienia (lód i woda mają różne c).
- Przykład. Dane: m = 0,5 kg wody, ΔT = 10 K, c = 4200 J/(kg·K).
- Kalorymetr to naczynie izolowane cieplnie. Wkładasz do wody w kalorymetrze nagrzane ciało i czekasz, aż temperatury się wyrównają.
- Przykład. Ciało m = 0,2 kg o temperaturze 100 °C włożono do mw = 0,3 kg wody o temperaturze 20 °C; temperatura końcowa 25 °C. ΔTw = 5 K, ΔT = 75 K, więc c = 0,3 · 4200 · 5 przez 0,2 · 75 J/(kg·K) = 420 J/(kg·K) – blisko żelaza.
?Quiz: powtórz przed kartkówką
8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.
Co to jest ciepło właściwe?
- AIlość ciepła potrzebna do stopienia 1 kg substancji
- BIlość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg substancji o 1 K
- CCałe ciepło zawarte w ciele
- DTemperatura topnienia substancji
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg substancji o 1 K – Ciepło właściwe dotyczy 1 kg substancji i zmiany temperatury o 1 K.
Ile ciepła potrzeba do ogrzania 0,5 kg wody o 10 K (c = 4200 J/(kg·K))?
- A21 kJ
- B2,1 kJ
- C4,2 kJ
- D42 kJ
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: 21 kJ – Q = m · c · ΔT = 0,5 · 4200 · 10 J = 21 000 J = 21 kJ.
Jaka jest jednostka ciepła właściwego?
- AJ/K
- BJ/kg
- CJ/(kg·K)
- Dkg/J
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: J/(kg·K) – c = Q/(m · ΔT), więc jednostką jest dżul na kilogram i kelwin.
Dwa ciała o równych masach pobrały tyle samo ciepła. Ciało A ma większe ciepło właściwe niż ciało B. Które bardziej zmieniło temperaturę?
- AB
- BA
- CŻadne
- DOba tak samo
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź A: B – ΔT = Q/(m · c), więc przy większym c zmiana temperatury jest mniejsza.
Po co w kalorymetrze stosuje się izolację cieplną?
- AŻeby zwiększyć masę wody
- BŻeby prawie całe ciepło oddane przez ciało przeszło do wody
- CŻeby woda szybciej się zagotowała
- DŻeby ciepło właściwe ciała się nie zmieniało
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Żeby prawie całe ciepło oddane przez ciało przeszło do wody – Przy dobrej izolacji można przyjąć, że ciepło oddane przez ciało równa się ciepłu pobranemu przez wodę.
Grzałka o mocy 500 W ogrzewała 1 kg cieczy przez 84 s, a temperatura wzrosła o 10 K. Ile wynosi ciepło właściwe cieczy (bez strat)?
- A420 J/(kg·K)
- B4200 J/(kg·K)
- C42 000 J/(kg·K)
- D59,5 J/(kg·K)
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: 4200 J/(kg·K) – Q = P · t = 500 W · 84 s = 42 000 J, więc c = Q/(m · ΔT) = 42 000 J/(1 kg · 10 K) = 4200 J/(kg·K).
Ciało 0,2 kg o temperaturze 100 °C włożono do 0,3 kg wody o temperaturze 20 °C; temperatura końcowa wyniosła 25 °C. Ile wynosi ciepło właściwe ciała?
- A84 J/(kg·K)
- B420 J/(kg·K)
- C4200 J/(kg·K)
- D840 J/(kg·K)
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: 420 J/(kg·K) – c = (0,3 · 4200 · 5)/(0,2 · 75) J/(kg·K) = 6300/15 J/(kg·K) = 420 J/(kg·K).
Dlaczego wodą dobrze chłodzi się silniki?
- ANigdy nie zamarza
- BMa małe ciepło właściwe
- CJest lżejsza od oleju
- DMa duże ciepło właściwe, więc pobiera dużo ciepła przy niewielkim wzroście temperatury
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź D: Ma duże ciepło właściwe, więc pobiera dużo ciepła przy niewielkim wzroście temperatury – Duże c oznacza, że woda pochłania dużo energii, a jej temperatura rośnie niewiele.
Cały dział „Termodynamika”: ściąga i próbny sprawdzian →
Kartkówka albo sprawdzian już blisko?
Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.