Ciepło właściwe

1. 1

   Jedna wartość wystaje z tego zestawienia jak wieża: woda, 4200. To dokładnie pięć razy więcej niż piasek i ponad dziewięć razy więcej niż żelazo.

   $$4200 : 840 = 5 \qquad 4200 : 450 \approx 9$$
2. 2

   Woda ma wyjątkowo duże ciepło właściwe — należy do najbardziej opornych na ogrzewanie substancji, jakie znamy. Trzeba ją długo namawiać, żeby zrobiła się cieplejsza.

3. 3

   I od razu druga strona tej samej monety: skoro woda tak niechętnie przyjmuje energię, to równie niechętnie ją oddaje. Woda wolno się grzeje i wolno stygnie. Metale odwrotnie — błyskawicznie się nagrzewają i błyskawicznie stygną.

Wszystkie 3 kroków odsłonięte.

1. 1

   Zadanie: w garnku są 2 kilogramy wody. Chcemy podnieść jej temperaturę o 10°C. Ile energii musi dostarczyć palnik? Zaczynamy zawsze od wypisania danych.

   $$m = 2\ \text{kg}, \quad \Delta T = 10\ ^{\circ}\text{C}$$
2. 2

   Ciepła właściwego nie ma w treści zadania i nie musi być — to stała wartość dla substancji, odczytujemy ją z tabeli. Substancją jest woda, więc bierzemy 4200.

   $$c = 4200\ \frac{\text{J}}{\text{kg} \cdot {}^{\circ}\text{C}}$$
3. 3

   Zapisujemy wzór i podstawiamy pod litery liczby. Kolejność mnożenia nie ma znaczenia, więc idziemy po kolei: ciepło właściwe razy masa razy zmiana temperatury.

   $$Q = c \cdot m \cdot \Delta T = 4200 \cdot 2 \cdot 10$$
4. 4

   Liczymy na dwa spokojne kroki. Najpierw: ile energii kosztuje ogrzanie całych 2 kilogramów o jeden jedyny stopień? Dwa razy 4200, czyli 8400 dżuli.

   $$4200 \cdot 2 = 8400$$
5. 5

   A skoro stopni ma być dziesięć, mnożymy tę porcję przez dziesięć. Wynik: 84000 dżuli, czyli 84 kilodżule.

   $$8400 \cdot 10 = 84000$$
6. 6

   Odpowiedź: żeby ogrzać 2 kilogramy wody o 10°C, trzeba dostarczyć 84000 J energii. Zwróć uwagę, że nigdzie nie potrzebowaliśmy wiedzieć, czy woda startuje z 5°C czy z 50°C — liczy się wyłącznie różnica temperatur.

   $$Q = 84000\ \text{J}$$

Wszystkie 6 kroków odsłonięte.

1. 1

   Wracamy na plażę. Słońce wysyła w każdą sekundę tyle samo energii na piasek i na wodę. Załóżmy, że na kilogram piasku i na kilogram wody spadło po 4200 J. Piasek ma $c = 840$, więc ogrzeje się o 5 stopni.

   $$\Delta T_{\text{piasku}} = \frac{4200}{840} = 5\ ^{\circ}\text{C}$$
2. 2

   Woda z tej samej porcji energii wyciśnie tylko jeden stopień, bo jej $c = 4200$. Piasek grzeje się pięć razy szybciej od wody — i dlatego parzy w stopy, gdy morze jest jeszcze rześkie.

   $$\Delta T_{\text{wody}} = \frac{4200}{4200} = 1\ ^{\circ}\text{C}$$
3. 3

   Wieczorem ta sama zasada działa w drugą stronę. Piasek oddaje swoje niewielkie zapasy w kilkanaście minut i po zachodzie słońca jest już chłodny, a woda, która zgromadziła ogromną energię, trzyma ciepło jeszcze długo w noc. Dlatego wieczorna kąpiel bywa cieplejsza niż spacer po plaży.

4. 4

   Rozciągnij to teraz na całe morze i cały rok, a dostaniesz klimat. Latem morze wolno się nagrzewa i chłodzi wybrzeże, zimą wolno stygnie i oddaje zgromadzoną energię. Nad morzem lata są chłodniejsze, a zimy łagodniejsze niż w głębi lądu — to nie legenda z folderu biura podróży, tylko ciepło właściwe wody w skali miliardów ton.

5. 5

   Ludzie kopiują ten patent. W chłodnicy silnika krąży woda, bo kilogram wody zabiera od rozgrzanego metalu mnóstwo energii, samemu ogrzewając się tylko trochę — żaden inny tani płyn nie robi tego lepiej.

   $$Q = 4200 \cdot m \cdot \Delta T$$
6. 6

   Tą samą wodą ogrzewamy mieszkania: kocioł podgrzewa ją w piwnicy, rury niosą ją do kaloryferów, a ona po drodze prawie nie stygnie i oddaje energię dopiero w pokoju. Jedna substancja, dwa przeciwne zadania — chłodzenie silnika i ogrzewanie domu — i jeden powód: rekordowe ciepło właściwe.

Wszystkie 6 kroków odsłonięte.