Kalkulator ciepła właściwego

Czym jest ciepło właściwe?

Ciepło właściwe to właściwość substancji określająca, ile energii potrzeba, aby podnieść temperaturę jednego kilograma tej substancji o jeden kelwin (lub równoważnie o jeden stopień Celsjusza). Na przykład woda ma wysokie ciepło właściwe, około 4186 J/(kg·K), dlatego nagrzewa się i stygnie wolniej niż metale.

Ten kalkulator korzysta z podstawowego równania ciepła $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$ i pozwala wyznaczyć dowolną z czterech wielkości: energię cieplną $Q$, masę $m$, ciepło właściwe $c$ lub zmianę temperatury $\Delta T$.

Jak działa kalkulator?

Wybierz w menu „Oblicz”, co chcesz wyznaczyć, a następnie wprowadź trzy znane wartości. Kalkulator wewnętrznie zawsze działa w jednostkach układu SI: energia w dżulach (J), masa w kilogramach (kg), ciepło właściwe w J/(kg·K) i zmiana temperatury w kelwinach (K). Zmiana o 1 K ma dokładnie tę samą wartość co zmiana o 1 °C, więc $\Delta T$ można wprowadzić jako różnicę temperatur w kelwinach lub w stopniach Celsjusza.

Przy wyznaczaniu masy, ciepła właściwego lub zmiany temperatury kalkulator dzieli przez pozostałe wielkości, więc nie zwraca wyniku, jeśli któryś z dzielników jest równy zeru.

Wzór

Energia cieplna potrzebna do zmiany temperatury substancji wynosi:

Gdzie:

• $Q$ to dostarczona lub odebrana energia cieplna, w dżulach (J),
• $m$ to masa substancji, w kilogramach (kg),
• $c$ to ciepło właściwe, w J/(kg·K),
• $\Delta T$ to zmiana temperatury, w kelwinach (K).

Po przekształceniu można wyznaczyć dowolną niewiadomą:

Przykłady rozwiązane

Przykład 1: Ogrzewanie wody

Ogrzej 2 kg wody ($c = 4186 \, \text{J/(kg·K)}$) o 10 K. Wymagana energia cieplna to:

Potrzeba więc 83720 dżuli.

Przykład 2: Wyznaczanie masy

Załóżmy, że 83720 J ciepła podniosło temperaturę pewnej ilości wody ($c = 4186 \, \text{J/(kg·K)}$) o 10 K. Masa wynosi:

Próbka miała masę 2 kg, co potwierdza pierwszy przykład.

Uwagi praktyczne

• Wartości ciepła właściwego zmieniają się wraz z temperaturą i stanem skupienia; publikowane wartości podaje się zwykle w pobliżu temperatury pokojowej.
• Wzór zakłada brak przemiany fazowej (bez topnienia ani wrzenia). Przekroczenie granicy faz wymaga ciepła utajonego, którego ten kalkulator nie uwzględnia.
• Ujemne $\Delta T$ (chłodzenie) daje ujemne $Q$, co oznacza, że ciepło jest odbierane substancji.

Jeśli badasz gazy, przydatne mogą być także nasz kalkulator gęstości powietrza oraz kalkulator prawa Boyle’a.