Ciepło Właściwe Zadania Klasa 8

Cześć! Dziś zajmiemy się czymś, co nazywa się ciepło właściwe. Może brzmi to trochę skomplikowanie, ale spokojnie, zaraz wszystko stanie się jasne. Nauczymy się rozwiązywać zadania z tego zakresu, takie, które mogą pojawić się w ósmej klasie.

Czym jest ciepło właściwe?

Wyobraź sobie, że masz dwie rzeczy: garnek z wodą i metalową patelnię. Obydwa są w temperaturze pokojowej. Teraz postaw oba na kuchence i zacznij je ogrzewać. Co się stanie? Patelnia nagrzeje się znacznie szybciej niż woda.

Dlaczego tak się dzieje? Otóż, różne substancje potrzebują różnej ilości energii, żeby zmienić swoją temperaturę o jeden stopień Celsjusza. Właśnie ta ilość energii nazywana jest ciepłem właściwym. Inaczej mówiąc, ciepło właściwe to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg danej substancji o 1°C (lub 1 K, bo zmiana temperatury jest taka sama w obu skalach).

Oznacza to, że woda ma wysokie ciepło właściwe, dlatego potrzebuje dużo energii, żeby się nagrzać. Metal ma niskie ciepło właściwe, więc nagrzewa się szybko. Ciepło właściwe oznaczamy symbolem c.

Jednostka ciepła właściwego

Skoro ciepło właściwe to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 kg substancji o 1°C, to jego jednostką jest dżul na kilogram razy stopień Celsjusza (J/kg°C) lub dżul na kilogram razy kelwin (J/kgK). W obu przypadkach chodzi o określenie, ile energii (dżuli) trzeba dostarczyć do jednego kilograma danej substancji, żeby podnieść jej temperaturę o jeden stopień.

Wzór na ciepło właściwe

Żeby obliczyć ilość ciepła (Q) potrzebną do ogrzania substancji, używamy następującego wzoru:

Q = m * c * ΔT

Gdzie:

• Q to ciepło (energia) potrzebna do ogrzania substancji (wyrażone w dżulach - J).
• m to masa substancji (wyrażona w kilogramach - kg).
• c to ciepło właściwe substancji (wyrażone w J/kg°C lub J/kgK).
• ΔT (czyt. delta T) to zmiana temperatury (wyrażona w °C lub K). Jest to różnica między temperaturą końcową (T_k) a temperaturą początkową (T_p): ΔT = T_k - T_p.

Przykłady z życia wzięte

Dlaczego woda jest dobrym chłodziwem w samochodach? Ponieważ ma wysokie ciepło właściwe. Może przyjąć dużo ciepła, zanim sama się nagrzeje, co zapobiega przegrzewaniu się silnika. Dlatego w układzie chłodzenia stosuje się specjalne płyny o jeszcze wyższym cieple właściwym niż woda.

Dlaczego nad morzem temperatura zmienia się wolniej niż na lądzie? Bo woda ma wysokie ciepło właściwe. Potrzebuje dużo energii, żeby się nagrzać i dużo energii, żeby się ochłodzić. Ziemia nagrzewa się i ochładza szybciej, stąd większe różnice temperatur na lądzie.

Zadania z ciepła właściwego – krok po kroku

Teraz przejdźmy do rozwiązywania zadań. Ważne jest, aby zawsze uważnie przeczytać treść zadania i wypisać wszystkie dane i szukane.

Przykład 1

Ile ciepła trzeba dostarczyć, aby ogrzać 2 kg wody od 20°C do 80°C? Ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/kg°C.

Dane:

• m = 2 kg
• T_p = 20°C
• T_k = 80°C
• c = 4200 J/kg°C

Szukane:

• Q = ?

Rozwiązanie:

1. Obliczamy zmianę temperatury: ΔT = T_k - T_p = 80°C - 20°C = 60°C
2. Podstawiamy dane do wzoru: Q = m * c * ΔT = 2 kg * 4200 J/kg°C * 60°C
3. Obliczamy: Q = 504 000 J = 504 kJ

Odpowiedź: Aby ogrzać 2 kg wody od 20°C do 80°C, trzeba dostarczyć 504 kJ ciepła.

Przykład 2

Ile ciepła odda 500 g żelaza, ochładzając się od 150°C do 25°C? Ciepło właściwe żelaza wynosi 450 J/kg°C.

Dane:

• m = 500 g = 0,5 kg (pamiętaj, żeby zawsze zamieniać gramy na kilogramy!)
• T_p = 150°C
• T_k = 25°C
• c = 450 J/kg°C

Szukane:

• Q = ?

Rozwiązanie:

1. Obliczamy zmianę temperatury: ΔT = T_k - T_p = 25°C - 150°C = -125°C
2. Podstawiamy dane do wzoru: Q = m * c * ΔT = 0,5 kg * 450 J/kg°C * (-125°C)
3. Obliczamy: Q = -28 125 J = -28,125 kJ

Odpowiedź: Żelazo odda 28,125 kJ ciepła. Znak minus oznacza, że ciepło jest oddawane, a nie pobierane.

Przykład 3

Jaką masę ma miedziany garnek, jeżeli do ogrzania go od 20°C do 100°C potrzeba 18 400 J ciepła? Ciepło właściwe miedzi wynosi 386 J/kg°C.

Dane:

• Q = 18 400 J
• T_p = 20°C
• T_k = 100°C
• c = 386 J/kg°C

Szukane:

• m = ?

Rozwiązanie:

1. Obliczamy zmianę temperatury: ΔT = T_k - T_p = 100°C - 20°C = 80°C
2. Przekształcamy wzór Q = m * c * ΔT, aby wyznaczyć masę: m = Q / (c * ΔT)
3. Podstawiamy dane do wzoru: m = 18 400 J / (386 J/kg°C * 80°C)
4. Obliczamy: m = 0,597 kg ≈ 0,6 kg

Odpowiedź: Miedziany garnek ma masę około 0,6 kg.

Podsumowanie

Pamiętaj, że ciepło właściwe to ważna właściwość materiałów, która opisuje, ile energii trzeba dostarczyć, aby podnieść temperaturę danej substancji o jeden stopień. Zrozumienie tego pojęcia i umiejętność stosowania wzoru Q = m * c * ΔT pozwoli Ci rozwiązywać wiele ciekawych zadań i lepiej rozumieć otaczający Cię świat.

Ćwicz rozwiązywanie zadań, a z pewnością opanujesz to zagadnienie! Powodzenia!