Ciepło właściwe (c) to wielkość fizyczna związana z ilością ciepła, która powoduje zmianę termiczną, będącą cechą charakterystyczną każdego materiału.
W ten sposób określa ilość ciepła potrzebną do zmiany 1 g substancji o 1°C.
Specyficzna tabela ciepła
Pamiętaj, że każda substancja ma określone ciepło. Sprawdź poniżej tabelę z 15 substancjami i konkretnymi wartościami cieplnymi każdej z nich.
| Substancja | Ciepło właściwe (cal/g.ºC) |
|---|---|
| woda | 1 cal/g.°C |
| Alkohol etylowy | 0,58 cal/g.°C |
| Aluminium | 0,22 cal/g.°C |
| Powietrze | 0,24 cal/g.°C |
| Piasek | 0,2 kcal/g.°C |
| Węgiel | 0,12 cal/g.°C |
| Prowadzić | 0,03 cal/g.°C |
| Miedź | 0,09 cal/g.°C |
| Żelazo | 0,11 cal/g.°C |
| lód | 0,50 cal/g.°C |
| Wodór | 3,4 cal/g.°C |
| drewno | 0,42 cal/g.°C |
| Azot | 0,25 cal/g.°C |
| Tlen | 0,22 cal/g.°C |
| Szkło | 0,16 cal/g.°C |
Zgodnie z danymi w tabeli woda ma ciepło właściwe 1 cal/g.ºC. Oznacza to, że energia 1 wapna jest niezbędna do zmiany 1 °C w 1 g wody.
Specyficzna formuła ciepła
Do obliczenia ciepła właściwego substancji stosuje się następujący wzór:
c = Q/m. T lub c = C/m
Gdzie,
do: ciepło właściwe (cal/g°C lub J/Kg.K)
Q: ilość ciepła (limonka lub J)
m: masa (g lub kg)
T: zmiana temperatury (°C lub K)
DO: pojemność cieplna (cal/°C lub J/K)
W systemie międzynarodowym (SI) ciepło właściwe jest mierzone w J/kg. K (dżul na kilogram i na kelwin). Jednak bardzo często mierzy się je w cal/g°C (kalorii na gram i na stopień Celsjusza).
1 cal = 4,186 J
Ciepło molowe właściwe
Ciepło molowe, zwane również molową pojemnością cieplną, jest określane przez stosunek pojemności cieplnej do liczby obecnych moli.
Tak więc, gdy pojemność cieplna substancji jest dana jednemu molowi tej substancji, nazywa się to molowym ciepłem właściwym.
Ciepło właściwe i pojemność cieplna
Inną koncepcją związaną z ciepłem właściwym jest pojęcie pojemność cieplna (DO).
Ta wielkość fizyczna jest określana przez ilość ciepła dostarczanego do ciała i zmiany temperatury, na jakie jest narażony.
Można go obliczyć według następującego wzoru:
C = Q/ΔT
Gdzie,
DO: pojemność cieplna (cal/°C lub J/K)
Q: ilość ciepła (limonka lub J)
T: zmiana temperatury (°C lub K)
Przykład: Jeśli ciało otrzymało 100 kcal, a jego temperatura zmieniała się o 25°C, to jego pojemność cieplna wynosi 4 kcal/°C, ponieważ
C = Q/ΔT
C = 100 kcal / 25 °C
C = 4 cal/°C
Oznacza to, że aby odbiegać o 1°C od jego temperatury, organizm musi otrzymać 4 cale.
Pojemność cieplna i ciepło właściwe są powiązane wzorem:
c = C/m
Gdzie,
DO: pojemność cieplna (cal/°C lub J/K)
m: masa (g lub kg)
do: ciepło właściwe (cal/g°C lub J/Kg.K)
Jeżeli w powyższym przykładzie ciało ma masę 10 gram, to jego ciepło właściwe wynosi 0,4 cal/g.ºC, ponieważ
c = C/m
c = 4 cal/°C / 10 g
c = 0,4 cal/g.°C
Dlatego 1 gram substancji potrzebuje 0,4 cala, aby odbiegać o 1 °C od swojej temperatury.
Ciepło utajone i ciepło wrażliwe
Oprócz ciepła właściwego istnieją inne formy ciepła, spośród których wyróżniają się:
Ciepło (L): odpowiada ilości ciepła otrzymanego lub przekazanego przez ciało. W takim przypadku twoja temperatura pozostaje taka sama, podczas gdy twój stan fizyczny się zmienia.
W systemie międzynarodowym (SI) ciepło utajone jest mierzone w J/Kg (dżul na kilogram), jednak może być mierzone w cal/g (kalorii na gram). Oblicza się go według następującego wzoru:
Q = m. L
Gdzie,
Q: ilość ciepła (limonka lub J)
m: masa (g lub kg)
L: ciepło utajone (cal/g lub J/Kg)
Uwaga: W przeciwieństwie do ciepła właściwego, utajone nie zależy od temperatury. Dzieje się tak, ponieważ gdy występują zmiany stanu, temperatura się nie zmienia. Np. topniejąca kostka lodu, temperatura wody w stanie stałym i ciekłym jest taka sama.
Wrażliwe ciepło: odpowiada zmianom temperatury ciała, na przykład, gdy podgrzewamy metalowy pręt. W tym doświadczeniu temperatura metalu wzrasta, jednak jego stan fizyczny (ciało stałe) nie ulega zmianie.
Oblicza się go według następującego wzoru:
Q = m. do. Δθ
Q: ilość ciepła jawnego (wapno lub J)
m: masa ciała (g lub kg)
do: ciepło właściwe substancji (cal/g°C lub J/Kg°C)
Δθ: zmiana temperatury (°C lub K)
Przeczytaj również o: Kalorymetria
Ćwiczenia na egzamin wstępny z informacją zwrotną
Pytanie 1
(Mackenzie) W poranek pod błękitnym niebem pływak na plaży zauważa, że piasek jest bardzo gorący, a woda morska bardzo zimna. W nocy ten sam kąpiący się zauważa, że piasek na plaży jest miękki, a woda morska ciepła. Obserwowane zjawisko wynika z faktu, że:
a) gęstość wody morskiej jest mniejsza niż gęstość piasku.
b) ciepło właściwe piasku jest mniejsze niż ciepło właściwe wody.
c) współczynnik rozszerzalności cieplnej wody jest większy niż współczynnik rozszerzalności cieplnej piasku.
d) ciepło zawarte w piasku w nocy przenosi się do wody morskiej.
e) mieszanie wody morskiej spowalnia jej chłodzenie.
Prawidłowa alternatywa: b) ciepło właściwe piasku jest mniejsze niż ciepło właściwe wody.
Wartość ciepła właściwego zależy od substancji, z której zbudowany jest organizm. W tym przypadku woda ma wyższe ciepło właściwe niż piasek i dlatego do zmiany temperatury 1 grama wody potrzebna jest większa ilość ciepła niż 1 grama piasku.
pytanie 2
(UFPR) Do podgrzania 500 g pewnej substancji z 20°C do 70°C potrzeba było 4000 kalorii. Pojemność cieplna i ciepło właściwe wynoszą odpowiednio:
a) 8 cal/°C i 0,08 cal/g.°C
b) 80 kcal/°C i 0,16 kcal/g. °C
c) 90 cal/°C i 0,09 cal/g. °C
d) 95 kcal/°C i 0,15 kcal/g. °C
e) 120 cal/oC i 0,12 cal/g. °C
Prawidłowa alternatywa: b) 80 cal/ºC i 0,16 cal/g. °C
Pojemność cieplna obliczana jest ze wzoru C = Q/Δθ i jest matematycznie powiązana z ciepłem właściwym przez C = m.c
Zastępując w formułach dane wyciągu mamy:
pytanie 3
(UFU) 240 g wody (ciepło właściwe równe 1 cal/g°C) jest podgrzewane przez pochłonięcie 200 W mocy w postaci ciepła. Biorąc pod uwagę, że 1 cal = 4 J, czas potrzebny na zmianę temperatury tej ilości wody o 50 °C będzie wynosił?
a) 1 min
b) 3 minuty
c) 2 min
d) 4 minuty
Prawidłowa alternatywa: d) 4 min
Krok 1: oblicz ilość ciepła
Krok 2: Konwertuj kalorie na dżule
1 cal - 4 J
12000 cal - x
x = 12000 kcal. 4 J/1 cal
x = 48 000 J
Trzeci krok: oblicz moc
P = praca/czas
200 W = 48 000 J/czas
czas = 48 000 J/200 W
czas = 240 s
Krok 4: Konwertuj sekundy na minuty
60 s - 1 min
240 s - y
y = 240 sekund. 1 min/60 s
y = 4 min
Przeczytaj też:
- Ciepło i temperatura
- rozprzestrzenianie się ciepła
- Bilans cieplny
