Ciepło właściwe to ilość ciepła na jednostkę masy potrzebna do zwiększenia temperatury materiału o jeden stopień Celsjusza lub Kelvina. Te trzy przykładowe problemy związane z ciepłem właściwym pokażą jak znaleźć ciepło właściwe materiału lub inne informacje związane z ciepłem właściwym.

Równanie ciepła właściwego

Równanie najczęściej związane z ciepłem właściwym to

Q = mcΔT

gdzie
Q = energia cieplna
m = masa
c = ciepło właściwe
ΔT = zmiana temperatury = (Tfinal – Tinitial)

Dobrym sposobem na zapamiętanie tego wzoru jest Q = „em cat”

Podstawowo, to równanie jest używane do określenia ilości ciepła dodawanego do materiału w celu podniesienia temperatury (lub ilości traconej podczas chłodzenia materiału).

To równanie stosuje się tylko do materiałów, które pozostają w tym samym stanie skupienia (ciało stałe, ciecz lub gaz) podczas zmian temperatury. Zmiany fazowe wymagają dodatkowych rozważań dotyczących energii.

Ciepło właściwe Przykładowy problem – Znajdź ilość ciepła

Pytanie: Kostkę ołowiu o masie 500 gramów ogrzewa się od temperatury 25 °C do 75 °C. Ile energii potrzeba było do ogrzania ołowiu? Ciepło właściwe ołowiu wynosi 0,129 J/g°C.

Rozwiązanie: Najpierw wprowadźmy zmienne, które znamy.

m = 500 gramów
c = 0,129 J/g°C
ΔT = (Tfinal – Tinitial) = (75 °C – 25 °C) = 50 °C

Wprowadź te wartości do równania ciepła właściwego z góry.

Q = mcΔT

Q = (500 gramów)-(0,129 J/g°C)-(50 °C)

Q = 3225 J

Odpowiedź: Do ogrzania kostki ołowianej z temperatury 25 °C do 75 °C potrzeba było 3225 dżuli energii.

Przykładowy problem z ciepłem właściwym – Znajdź ciepło właściwe

Pytanie: Metalową kulkę o masie 25 g ogrzewa się w temperaturze 200 °C energią 2330 dżuli. Jakie jest ciepło właściwe tego metalu?

Rozwiązanie: Wymień informacje, które znamy.

m = 25 gramów
ΔT = 200 °C
Q = 2330 J

Wstaw je do równania ciepła właściwego.

Q = mcΔT

2330 J = (25 g)c(200 °C)

2330 J = (5000 g°C)c

Podziel obie strony przez 5000 g°C

c = 0,466 J/g°C

Odpowiedź: Ciepło właściwe metalu wynosi 0,466 J/g°C.

Ciepło właściwe Przykładowy problem – znajdź temperaturę początkową

Pytanie: Gorący kawałek miedzi o masie 1 kg pozostawiono do ostygnięcia do temperatury 100°C. Jeżeli miedź wydzieliła 231 kJ energii, to jaka była jej temperatura początkowa? Ciepło właściwe miedzi wynosi 0,385 J/g°C.

Rozwiązanie: Wymień nasze dane zmienne:

m = 1 kg
Tfinal = 100 °C
Q = -231 kJ (Ujemny znak jest dlatego, że miedź stygnie i traci energię.)
c = 0,385 J/g°C

Potrzebujemy, aby nasze jednostki były zgodne z jednostkami ciepła właściwego, więc zamieńmy jednostki masy i energii.

m = 1 kg = 1000 gramów

1 kJ = 1000 J
Q = -231 kJ – (1000 J/kJ) = -231000 J

Wprowadź te wartości do wzoru na ciepło właściwe.

Q = mcΔT

.