Ciepło utajone, zwane również ciepłem przemiany, jest wielkością fizyczną, która określa ilość ciepła odbieranego lub oddanego przez ciało, gdy zmienia się jego stan fizyczny.
Należy podkreślić, że w tej transformacji temperatura pozostaje taka sama, to znaczy nie uwzględnia tej zmiany.
Jako przykład możemy pomyśleć o topniejącej kostce lodu. Kiedy zaczyna zmieniać swój stan fizyczny (stały w ciekły), temperatura wody pozostaje taka sama w obu stanach.
Formuła
Do obliczenia ciepła utajonego stosuje się wzór:
Q = m. L
Gdzie,
Q: ilość ciepła (limonka lub J)
m: masa (g lub kg)
L: ciepło utajone (cal/g lub J/Kg)
W systemie międzynarodowym (SI) ciepło utajone jest podawane w J/kg (dżul na kilogram). Ale można go również zmierzyć w cal/g (kalorii na gram).
Zauważ, że ciepło utajone może mieć wartości ujemne lub dodatnie. Zatem jeśli substancja oddaje ciepło, jej wartość będzie ujemna (proces egzotermiczny). Dzieje się tak w zestalenie i skraplanie.
Z drugiej strony, jeśli odbiera ciepło, wartość będzie dodatnia (proces endotermiczny). Dzieje się tak w Połączenie i dalej odparowanie.
Czytaj więcej: Reakcje endotermiczne i egzotermiczne.
Utajone ciepło parowania
W cieple utajonym następuje zmiana stanu fizycznego. Oznacza to, że substancja może zmienić się ze stałej w ciecz, z cieczy w gaz i odwrotnie.
Kiedy zmiana pochodzi z faza ciekła do fazy gazowej ciepło utajone nazywane jest ciepłem parowania (Lv).
Wykres zmian temperatury wody i zmian stanu fizycznego
Ciepło utajone parowania wody wynosi 540 kcal/g. Oznacza to, że do odparowania 1 g wody w temperaturze 100°C potrzeba 540 kcal.
W tym przypadku ilość wymaganego ciepła (Q) jest proporcjonalna do masy substancji (m):
P = Poz. m
Gdzie,
Lv: stała
Przeczytaj też: Stany fizyczne wody i Temperatura topnienia i temperatura wrzenia.
Ciepło właściwe
O ciepło właściwe to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury o 1°C z 1g elementu. Każdy element ma określone ciepło.
Oblicza się go według wzoru:
c = Q/m. Δθ 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)
Δθ: zmiana temperatury (°C lub K)
DO: pojemność cieplna (cal/°C lub J/K)
Uwaga: W przeciwieństwie do ciepła utajonego, ciepło właściwe uwzględnia zmiany temperatury (temperatura końcowa minus temperatura początkowa), które występują w ciele.
Wrażliwe ciepło
Oprócz ciepła właściwego, ciepło jawne powoduje również zmiany temperatury. Jest to inna wielkość niż ciepło utajone, ponieważ modyfikuje temperaturę, a nie zmianę stanu.
Przykładem jest podgrzewanie metalowego pręta. Efekt będzie obserwowany przez wzrost temperatury materiału, jednak jego stan stały nie ulega zmianie.
Do obliczenia ciepła jawnego stosuje się następujący wzór:
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 też:
- Ciepło i temperatura
- Kalorymetria
- rozprzestrzenianie się ciepła
- Pojemność cieplna
Ćwiczenia na egzamin wstępny z informacją zwrotną
1. (Unifor-CE) Kostka lodu o masie 100 g, początkowo w temperaturze -20 °C, jest podgrzewana, aż stanie się wodą o temperaturze 40 °C (dane: ciepło właściwe lodu 0,50 cal/g °C; ciepło właściwe wody 1,0 cal/g °C; ciepło topnienia lodu 80 cal/g). Ilości ciepła jawnego i utajonego wymienionego w tej przemianie w kaloriach wynosiły odpowiednio:
a) 8000 i 5000
b) 5000 i 8000
c) 5000 i 5000
d) 4000 i 8000
e) 1000 i 4000
Alternatywa b) 5000 i 8000
2. (UNIP-SP) Utajone ciepło właściwe topnienia lodu wynosi 80 cal/g. Aby stopić 80 g masy lodu bez wahań temperatury, potrzebna ilość ciepła utajonego wynosi:
a) 1,0 cal
b) 6,4 kcal
c) 1,0 kcal
d) 64 kcal
e) 6.4. 103cal
Alternatywa e) 6.4. 103cal
3. (FUVEST) Użyj wody o temperaturze 80°C i lodu o temperaturze 0°C. Pożądane jest uzyskanie 100 gramów wody o temperaturze 40°C (po zrównoważeniu), mieszając wodę i lód w pojemniku izolacyjnym o znikomej pojemności cieplnej. Wiadomo, że utajone ciepło właściwe topnienia lodu wynosi 80 cal/g, a jawne ciepło właściwe wody wynosi 1,0 cal/g°C. Stosowana masa lodowa to:
a) 5.0g
b) 12,5g
c) 25g
d) 33g
e) 50g
Alternatywa c) 25g
