ciepło właściwe jest kwota ciepło konieczne, aby możliwe było zróżnicowanie temperatury substancji lub materiału o 1 °C. Jest proporcjonalna do ilości ciepła otrzymanego lub oddanego przez substancję i można ją obliczyć za pomocą wzoru obejmującego ciepło, masę i temperaturę.
Wiedzieć więcej: Zero bezwzględne — najniższa teoretyczna temperatura, jaką ciało może osiągnąć
Specyficzne podsumowanie ciepła
Ciepło właściwe to ilość ciepła wymagana do zmiany temperatury substancji lub materiału o 1°C.
Niektóre czynniki wpływające na ciepło właściwe to: siły międzycząsteczkowe, zanieczyszczenia w substancjach, masa molowa i stopnie swobody.
Ciepło właściwe można znaleźć na podstawie relacji między pojemnością cieplną a masą substancji.
Ciepło molowe to ilość ciepła na mol substancji potrzebna do zmiany temperatury substancji o 1°C.
Ciepło utajone to ciepło niezbędne do zmiany stanu fizycznego substancji bez podnoszenia jej temperatury.
Ciepło jawne to ciepło niezbędne do zmiany temperatury substancji bez zmiany jej stanu fizycznego.
Co to jest ciepło właściwe?
ciepło właściwe jest ilość Energia cieplna dostarczane do substancji tak, że jej temperatura zmienia się o 1 °C. Wszystkie ciecze, ciała stałe i gazy mają dla siebie ciepło właściwe, które charakteryzuje ich zachowanie pod wpływem źródła ciepła.
ten upał jest proporcjonalna do zapewnianej przez substancję, więc jeśli zwiększymy ciepło właściwe, ilość ciepła potrzebna do zmiany temperatury substancji również wzrośnie.
Na przykład ciepło właściwe aluminium jest z \(0,215\ cal/g\pocisk°C\), podczas gdy woda jest \(1\cal/g\pocisk°C\), co oznacza, że woda potrzebuje więcej ciepła niż aluminium, aby podnieść swoją temperaturę. Woda również szybciej traci ciepło niż aluminium.
Tabela ciepła właściwego
Ciepło właściwe wskazuje dokładne ciepło dla substancji, które zmienia się o 1°C i może ulegać zwiększeniu lub zmniejszeniu swojej temperatury. W poniższej tabeli możemy zobaczyć wartości cieplne poszczególnych substancji i materiałów.
substancja lub materiał |
ciepło właściwe (\({cal}/{g}\pocisk°C\)) |
Stal |
0,1 |
świeża woda |
1 |
Słona woda |
0,93 |
Alkohol etylowy |
0,58 |
Aluminium |
0,215 |
Powietrze |
0,24 |
Piasek |
0,2 |
Węgiel |
0,12 |
Prowadzić |
0,0305 |
Miedź |
0,0923 |
Etanol |
0,58 |
Żelazo |
0,11 |
Lód (-10°C) |
0,53 |
Granit |
0,19 |
Wodór |
3,4 |
Mosiądz |
0,092 |
Drewno |
0,42 |
Rtęć |
0,033 |
Azot |
0,25 |
Złoto |
0,03 |
Tlen |
0,22 |
Srebro |
0,0564 |
Wolfram |
0,0321 |
Szkło |
0,2 |
Specyficzna formuła ciepła
Ciepło właściwe możemy obliczyć korzystając ze wzoru na ilość ciepła przedstawionego poniżej:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
c → ciepło właściwe, mierzone w \([J/(kg\punkt K)]\) lub \([cal/g\pocisk°C]\).
Q → ilość ciepła mierzona w dżulach [J] lub kaloriach [cal].
m → masa mierzona w kilogramach [kg] lub gramach [g].
\(∆T \) → zmiana temperatury, mierzona w Kelvinach [K] lub Celsjuszach [°C].
TEN wahania temperatury można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → zmiana temperatury, mierzona w Kelvinach [K] lub Celsjuszach [°C].
\(T_f \) → temperatura końcowa, mierzona w Kelvinach [K] lub Celsjuszach [°C].
\(Ty\) → temperatura początkowa, mierzona w Kelvinach [K] lub Celsjuszach [°C].
Ważny: Chociaż powyższe ilości są mierzone w dżulach, kilogramach i kelwinach w międzynarodowym układzie jednostek (TAK), częściej używa się kalorii, gramów i stopni Celsjusza. Możliwe jest przeliczenie kalorii na dżul, biorąc pod uwagę, że 1 cal odpowiada 4,186 J.
Aby przeliczyć gramy na kilogramy, pamiętaj tylko, że 1 g to 0,001 kg. Dodatkowo, aby zamienić Celsjusza na Kelvin wystarczy dodać do temperatury Celsjusza wartość 273,15, czyli 100°C = 373,15 K.
Jak obliczyć ciepło właściwe?
Ciepło właściwe można obliczyć za pomocą wzoru, który odnosi je do ilości ciepła, masy i temperatury substancji lub materiału.
Przykład:
Jakie jest ciepło właściwe obiektu o masie 100 g, który otrzymał 1000 kcal, a jego temperatura zmieniała się o 15°C aż do osiągnięcia 35°C?
Rezolucja:
jak wszyscy jednostki miary są w ich najbardziej powszechnej formie, nie ma potrzeby nawracania. Użyjemy wzoru na ciepło właściwe, na które składa się ciepło, masa i temperatura:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Zastępując wartości podane w zestawieniu mamy:
\(c=\frac{1000}{100\pocisk (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\punkt (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Dlatego ciepło właściwe obiektu wynosi\(0,5\cal/g\pocisk°C\).
Czynniki wpływające na ciepło właściwe
Istnieje kilka czynników, które mogą wpływać na określone zmiany ciepła. Zobacz poniżej.
siły międzycząsteczkowe: Ciepło właściwe zmienia się proporcjonalnie do wytrzymałości międzycząsteczkowej cząsteczki, a im większe wiązanie, tym większa energia wymagana do jego zerwania. Zazwyczaj cząsteczki zawierające wiązania wodorowe to takie, które zawierają wysokie wartości ciepła właściwego.
Zanieczyszczenia: Ciepło właściwe może zmieniać się wraz z ilością zanieczyszczeń w materiale, nawet jeśli te zanieczyszczenia są niezbędne do powstania materiału.
Masa cząsteczkowa: Ciepło właściwe może się również różnić w zależności od masy molowej substancji.
Stopnie swobody: Ciepło właściwe molowe, jak badaliśmy w Termodynamika, zmienia się w zależności od stopni swobody cząsteczki. Krótko mówiąc, chodzi o swobodę ruchu cząsteczki i może ona mieć ruchy translacyjne, obrotowe i oscylacyjne.
Ciepło właściwe i pojemność cieplna
Nazywana również pojemnością cieplną, pojemność cieplna jest stałą proporcjonalności, która wiąże ciepło odbierane lub tracone przez ciało ze zmianami temperatury. Ciepło właściwe można obliczyć poprzez pojemność cieplną i masę substancji lub materiału ze wzoru:
\(c=\frac{C}{m}\)
c → ciepło właściwe, mierzone w \([J/kg\punkt K]\) lub \([cal/g\pocisk°C]\).
C → pojemność cieplna mierzona w \([J/K]\) lub \([cal/°C]\).
m → masa mierzona w kilogramach [kg] lub gramach [g].
Wiedz również: Rozszerzalność cieplna ciał stałych — zjawisko wynikające ze wzrostu temperatury ciała
ciepło właściwe molowe
Ciepło właściwe molowe wyraża ilość ciepła właściwego substancji w kret, w przeciwieństwie do ciepła właściwego, gdzie ilość substancji jest wyrażona w kilogramach. Ponieważ pracujemy z cząsteczkami, których wielkość jest niewielka, korzystniej jest wyrażać ich ilość w molach niż w kilogramach czy innych jednostkach.
\(1\ mol=6,02\razy{10}^{23}\ jednostki\ elementarne\\ dowolnej\ substancji\)
Na przykład 1 mol glinu odpowiada \(6.02\razy{10}^{23}\) atomy glinu.
Wzór na obliczenie molowego ciepła właściwego jest taki sam, jak przy obliczaniu ciepła właściwego, ale różnią się one jednostką miary — w przypadku molowego ciepła właściwego należy zastosować \(cal/mol\pocisk°C\).
Ciepło utajone i ciepło jawne
Ciepło można sklasyfikować jako utajone lub wrażliwe. Zobacz poniżej.
→ Ciepło
O Ciepło jest to konieczne do zmiany stanu fizycznego substancji bez podnoszenia jej temperatury. Można go obliczyć ze wzoru:
\(Q=m\pocisk L\)
Q → ilość ciepła mierzona w dżulach [J] lub kaloriach [cal] .
m → masa mierzona w kilogramach [kg] lub gramach [g] .
L → ciepło utajone, mierzone w \([J/kg]\) lub \([cal/g]\).
→ ciepło jawne
Ciepło jawne to ciepło wymagane do zmiany temperatury substancji bez zmiany jej stanu fizycznego. Można go obliczyć ze wzoru:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
Q → ilość ciepła mierzona w dżulach [J] lub kaloriach [cal] .
m → masa mierzona w kilogramach [kg] lub gramach [g].
c → ciepło właściwe, mierzone w \([J/(kg\punkt K)]\) lub \([cal/g\pocisk°C]\).
T → zmiana temperatury, mierzona w Kelvinach [K] lub Celsjuszach [°C].
Rozwiązane ćwiczenia na ciepło właściwe
Pytanie 1
(UFPR) Do podgrzania 500 g pewnej substancji z 20°C do 70°C potrzeba było 4000 kalorii. Pojemność cieplna i ciepło właściwe to odpowiednio:
A) 8 cal/°C i 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C i 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C i 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C i 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C i 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Rezolucja:
Alternatywa B
Wartość pojemności cieplnej znajdziemy ze wzoru:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Na koniec obliczymy wartość ciepła właściwego:
\(4000=500\pocisk c\pocisk50\)
\(4000=25000\punkt c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
pytanie 2
(PUC-RS) Jednorodne ciało A o masie 200 g zmienia swoją temperaturę z 20 °C na 50 °C po otrzymaniu 1200 kalorii ze źródła termicznego. Podczas całej rozgrzewki ciało A pozostaje w fazie stałej. Inne jednorodne ciało B, składające się z tej samej substancji co ciało A, ma dwukrotnie większą masę. Jakie, w cal/g°C, jest ciepło właściwe substancji B?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1,6
Rezolucja:
Alternatywa B
Ciepło właściwe materiału A obliczymy ze wzoru na ciepło jawne:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\pocisk c\pocisk (50-20)\)
\(1200=200\pocisk c\pocisk30\)
\(1200=6000\punkt c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ kal/g°C\)
Ciepło właściwe ciała B będzie miało taką samą wartość jak ciepło właściwe ciała A, ponieważ składają się one z tej samej substancji.
By Pâmella Raphaella Melo
Nauczyciel fizyki
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm
