Jeśli kiedykolwiek spacerowałeś plażą w słoneczny dzień i zanurzałeś palce u nóg w wodzie, aby je ochłodzić po gorącym piasku, wykorzystałeś ciepło właściwe wody.

Pomimo tego, jak może to zabrzmieć, ciepło właściwe nie odnosi się do dokładnej temperatury czegoś. Jest to szersza koncepcja naukowa, która ma związek z energią potrzebną do ogrzania substancji. Jak zapewne zauważyłeś na przykładzie, nie wszystkie substancje nagrzewają się z tą samą szybkością — stąd różne temperatury piasku i wody.

Ciepło właściwe wody jest jedną z jej najciekawszych cech. W tym artykule omówimy, czym jest ciepło właściwe, jakiego równania używasz do znalezienia ciepła właściwego i dlaczego ciepło właściwe wody jest tak wysokie.

Kuchenka, garnek, woda i para mają różne ciepło właściwe.

Co to jest ciepło właściwe?

Ciepło właściwe jest miarą pojemności cieplnej, czyli ilości ciepła, jaką materiał może zmagazynować podczas zmiany temperatury. Wysoka pojemność cieplna oznacza, że ​​substancja może wchłonąć dużo ciepła, zanim zarejestruje zmianę temperatury. Zastanów się, ile czasu potrzeba, aby garnek nagrzewał się w dotyku na kuchence, w porównaniu z tym, ile czasu zajmuje nagrzanie wody w środku. . Oznacza to, że woda ma większą pojemność cieplną – może zmagazynować więcej ciepła przed zmianą temperatury.

zastąpienie ciągu w Javie

Ciepło właściwe odnosi się do dokładnej ilości ciepła potrzebnej do ogrzania jednej jednostki masy substancji o jeden stopień. Wracając do naszego przykładu, ciepło właściwe określałoby dokładnie, ile ciepła potrzeba, aby jedna jednostka wody, na przykład jedna filiżanka, była cieplejsza o jeden stopień.

Ponieważ ciepło jest w rzeczywistości miarą transferu energii, trafniejsze będzie takie stwierdzenie Ciepło właściwe jest w rzeczywistości określeniem jego ilości energia substancja może wchłonąć przed zmianą temperatury o jeden stopień.

Ciepło właściwe mierzy się zazwyczaj w dżulach i kilodżulach na jeden gram masy, przy czym miarą temperatury jest stopień Celsjusza. Można używać kilogramów i stopni Fahrenheita, ale jest to rzadsze.

Na ciepło właściwe substancji może wpływać temperatura i ciśnienie, dlatego ciepło właściwe jest zwykle określane przy stałej temperaturze i ciśnieniu, zwykle 25 stopni Celsjusza.

Jakie jest równanie na ciepło właściwe?

Równanie służące do obliczenia ciepła właściwego to:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ oznacza ilość ciepła, $s$ ciepło właściwe (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m masę substancji w gramach, a $ΔT$ zaobserwowaną zmianę temperatura.

Różne rodzaje wody, np. woda morska, mogą mieć różne ciepło właściwe.

Jakie jest ciepło właściwe wody?

Niektóre substancje nagrzewają się szybko, inne zaś powoli. Woda należy do tych drugich – ma duże ciepło właściwe, ponieważ do podniesienia temperatury potrzeba więcej energii.

Woda ma ciepło właściwe 4182 J/kg°C. Ponieważ woda jest tak ważną i powszechną substancją, mamy nawet specjalny sposób określania ilości energii potrzebnej do podniesienia jednego grama wody o jeden stopień Celsjusza – czyli kalorii. Różni się to od rodzaju kalorii, o których mówimy w jedzeniu. Ten rodzaj kalorii odpowiada 1000 kaloriom, dlatego kalorie związane z jedzeniem są czasami określane jako kilokalorie lub kcal.

Ciepło właściwe wody jest nieco wyższe niż w przypadku wielu innych powszechnych substancji. Na przykład ciepło właściwe żelaza wynosi 449 J/kg°C, piasku 830 J/kg°C, a drewna dębowego 2400 J/kg°C.

Dzieje się tak dlatego, że woda składająca się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu jest elektroujemna. Atom elektroujemny z większym prawdopodobieństwem przyciągnie do siebie elektrony, ponieważ jedna strona atomu będzie miała częściowo ładunek dodatni, a druga będzie miała ładunek częściowo ujemny. Przeciwnie naładowane strony są w naturalny sposób przyciągane do siebie, tworząc słabsze wiązanie wodorowe. Dlatego woda może przepływać obok siebie, ale także łączyć się ze sobą – nieustannie tworzy i rozrywa te wiązania.

Dzięki tym wiązaniem woda w stanie ciekłym ma wysokie ciepło właściwe. Jakakolwiek energia włożona w ogrzewanie wody jest dzielona pomiędzy rozerwanie wiązań i podgrzanie wody. Z tego powodu, do podgrzania wody potrzeba więcej energii niż do podgrzania innych substancji.

Na przykład, jeśli jesteś na plaży w słoneczny dzień, zauważysz, że piasek jest często dość gorący, aby chodzić po nim, ale woda zawsze wydaje się chłodna, nawet na płyciznach. Dzieje się tak dlatego, że piasek ma niższą pojemność cieplną właściwą – aby podnieść temperaturę o jeden stopień, potrzeba mniej energii. Ponieważ woda ma dużą pojemność cieplną, potrzeba więcej energii, aby podnieść temperaturę o jeden stopień. Słońce emituje mniej więcej stałą ilość energii, która szybciej nagrzewa piasek, a wodę wolniej.

Piasek ma znacznie niższe ciepło właściwe niż woda – dlatego tak szybko się nagrzewa!

Tabela ciepła właściwego

Jeśli nie znasz jeszcze dżuli i kalorii, liczby te mogą wydawać się nieco abstrakcyjne. Spójrz na tę tabelę, aby zapoznać się z niektórymi typowymi ciepłami określonymi zarówno w dżulach, jak i kaloriach, i porównaj je z wiedzą na temat nagrzewania się tych substancji!

Co dalej?

Gotowy na więcej wiedzy naukowej związanej z wodą?Dowiedz się wszystkiego o związki pochłaniające wodę (odpowiednio zwane hydratami) i gęstość wody .

np. gdzie

Jeśli ciepło właściwe wody rozbudziło w Was zainteresowanie chemią, chemia AP może być dla Was! Sprawdź to Program nauczania chemii AP aby dowiedzieć się więcej o tym, jakie tematy będą poruszane.

A może jesteś już na chemii AP i szukasz wskazówek i wskazówek, jak zdać egzamin z sukcesem. Sprawdź to przewodnik po egzaminie z chemii AP wszystko, co musisz wiedzieć!

Jeśli nie jesteś całkiem gotowy do egzaminu, ale potrzebujesz dodatkowego wsparcia w kursie chemii AP, ten przewodnik po nauce AP Chemistry może być właśnie tym, czego szukasz.