Jak definiujemy ciepło właściwe?, Egzaminy z Termodynamika

Pobierz Jak definiujemy ciepło właściwe? i więcej Egzaminy w PDF z Termodynamika tylko na Docsity! Jak definiujemy ciepło właściwe? Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela Czy to nie ciekawe? W kuchni często mamy do czynienia z podgrzewaniem różnych potraw. W świetle fizyki każda z nich jest jakąś substancją. Czy do zwiększenia temperatury substancji o określoną wartość, na przykład od do , zużywamy zawsze taką samą ilość energii? A jeśli nie, to od czego to zależy? W tym e‐materiale zajmiemy się tym problemem. W kuchni zwiększamy temperaturę potraw dostarczając im ciepło z palnika Twoje cele dowiesz się, jak zdefiniowane jest ciepło właściwe, zastosujesz definicję ciepła właściwego do obliczania zmiany temperatury podczas pobierania lub oddawania przez ciało ciepła, 20° C 100° C 0424 Jak definiujemy ciepło właściwe? Temperatura powietrza terenów położonych blisko dużych zbiorników wodnych podlega stosunkowo małym wahaniom. Wynika to z relatywnie dużej wartości ciepła właściwego wody W układzie SI jednostką temperatury jest kelwin (K). Skala bezwzględna temperatur (skala Kelvina) ma jedną właściwość wspólną ze skalą Celsjusza: przyrosty o jedną jednostkę są w obu skalach jednakowe. Zmiana temperatury w kelwinach jest więc równa zmianie temperatury w stopniach Celsjusza: . Dlatego definicję ciepła właściwego można też zapisać wyrażając przyrost temperatury w skali Celsjusza: Ciepło pobrane przez ciało o masie podczas zwiększania temperatury o  wyraża się wzorem: gdzie to temperatura końcowa, a  temperatura początkowa. Zauważ, że gdy temperatura końcowa jest mniejsza niż początkowa , to ciepło jest ujemne. Oznacza to, że ciało oddało ciepło, na skutek czego temperatura się zmniejszyła. Wartość ciepła właściwego wskazuje, jak trudno jest ogrzać dane ciało. Substancje o niskim cieple właściwym łatwo zmieniają swoją temperaturę, natomiast te o wysokim wymagają dla osiągnięcia identycznego efektu włożenia znacznie większej ilości ciepła. Sprawdźmy, jaki będzie skutek przekazania ciepła równego 4000 J do jednego kilograma żelaza o cieple właściwym i jednego kilograma ołowiu o cieple właściwym . Temperatura żelaza wzrośnie o  , a temperatura ołowiu o  . Jak widać, im większe ciepło właściwe substancji, tym mniejszy przyrost temperatury na skutek pobrania przez ciało określonego ciepła. Ilustrację tej zależności przedstawiono na Rys. 1., w postaci wykresu zależności temperatury końcowej od pobranego ciepła dla 1 kg wody o cieple właściwym oraz dla tej samej ilości gliceryny o cieple właściwym . ΔT Δt ΔT = Δt cw = Q mΔt m Δt Q = mcwΔt = mcw(t2 − t1) t2 t1 t2 t1 cw cw 444 J kg⋅K 160 J kg⋅K ΔT = Q mcw = 4000 J 1 kg⋅444 J kg⋅K = 9 K ΔT = Q mcw = 4000 J 1 kg⋅160 J kg⋅K = 25 K 4190 J kg⋅K 2386 J kg⋅K Rys. 1. Wykres zależności temperatury końcowej od pobranego ciepła dla 1 kg wody o cieple właściwym oraz dla gliceryny o cieple właściwym Duża wartość ciepła właściwego wody powoduje, że woda wolno się ogrzewa i wolno stygnie. Fakt ten ma wielkie znaczenie dla stabilności klimatu terenów położonych w pobliżu dużych zbiorników wodnych. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w e‐materiałach: „Szczególne własności wody”, „Jakie konsekwencje dla życia na Ziemi ma woda”. Słowniczek Ciepło (ang.: heat) energia przekazywana od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze. Jednostką ciepła u układzie SI jest J. Skala Kelwina (skala bezwzględna) (ang.: Kelvin temperature scale) jest skalą temperatur, w której zero oznacza najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć ciało. 1 stopień Celsjusza równy jest 1 K: = 1 K. 0 K odpowiada temperaturze . Moc (ang.: power) praca wykonana w jednostce czasu lub ciepło przekazane w jednostce czasu . 4190 J kg⋅K 2386 J kg⋅K 1° C −273° C P = W t P = Q t Film samouczek Jak definiujemy ciepło właściwe? Obejrzyj film‐samouczek, w którym porównane są czasy podgrzewania wody i oleju. Zwróć uwagę na czynniki, które mogą powodować różnice w tych czasach. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Polecenie 1 Ciepło właściwe oleju rzepakowego wynosi , a ciepło właściwe wody . Na płycie elektrycznej 1 kg wody o temperaturze zagotowano w ciągu 4 minut. a) Oblicz, ile czasu potrzeba, aby podnieść temperaturę 1 kg oleju rzepakowego od do , korzystając z tej samej płyty i tego samego garnka. b) Porównaj wynik z wynikiem uzyskanym w filmie-samouczku i oceń, co ma większy wpływ na różnicę czasów podgrzewania wody i oleju: różnica gęstości, czy ciepła właściwego? 2 kJ kg⋅K 4,2 kJ kg⋅K 20° C 20° C 100° C Ćwiczenie 8 W filmie samouczku stwierdza się, że olej rzepakowy ma, w porównaniu z wodą, zarówno mniejszą gęstość d jak i mniejsze ciepło właściwe c . Wyszukaj gęstości i ciepła właściwe dla kilku metali. Ujmij te wielkości w tabelę, zgodnie z rosnącą wartością gęstości lub przedstaw je na wykresie zależności ciepła właściwego od gęstości. Przeanalizuj przedstawione dane. Wskaż najbardziej trafny opis stwierdzonej zależności ciepła właściwego od gęstości. Jest to zależność rosnąca. Nie ma żadnej zależności - ciepła właściwe metali o różnych gęstościach są praktycznie jednakowe. Jest to zależność malejąca. Nie można jednoznacznie stwierdzić - ciepła właściwe metali o różnych gęstościach są wprawdzie różne, ale różnice te nie mają związku z różnicami w gęstości. w Dla nauczyciela Imię i nazwisko autora: Krystyna Wosińska Przedmiot: Fizyka Temat zajęć: Jak definiujemy ciepło właściwe? Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony Podstawa programowa: Cele kształcenia – wymagania ogólne I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości. II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych. Zakres podstawowy Treści nauczania – wymagania szczegółowe I. Wymagania przekrojowe. Uczeń: 4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem; V. Termodynamika. Uczeń: 4) wykorzystuje pojęcie ciepła właściwego oraz ciepła przemiany fazowej w analizie bilansu cieplnego; Zakres rozszerzony Treści nauczania – wymagania szczegółowe I. Wymagania przekrojowe. Uczeń: 4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem; VI. Termodynamika. Uczeń: 5) wykorzystuje pojęcie ciepła właściwego oraz ciepła przemiany fazowej w analizie bilansu cieplnego. Kształtowane kompetencje kluczowe: Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r. kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji, kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii, kompetencje cyfrowe, kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się. Cele operacyjne: Uczeń: 1. zdefiniuje ciepło właściwe. 2. zastosuje definicję ciepła właściwego do obliczania zmiany temperatury podczas pobierania lub oddawania przez ciało ciepła. 3. zastosuje definicję ciepła właściwego do obliczania ciepła pobranego lub oddanego podczas zmiany temperatury. 4. uzasadni pogląd, że im większe ciepło właściwe substancji, tym trudniej zwiększyć lub zmniejszyć temperaturę tej substancji. Strategie nauczania: strategia eksperymentalno‐obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów) Metody nauczania: - wykład informacyjny, - pokaz multimedialny, - analiza pomysłów. Formy zajęć: - praca w grupach, - praca indywidualna. Środki dydaktyczne: komputer z rzutnikiem lub tablety do dyspozycji każdego ucznia. Materiały pomocnicze: E‐materiał „Jak odróżnić przekaz energii w formie pracy mechanicznej od przekazu energii w postaci ciepła?” PRZEBIEG LEKCJI Faza wprowadzająca: Wprowadzenie zgodnie z treścią w e‐materiale. Odwołanie do wiedzy uczniów w codziennych doświadczeniach z podgrzewaniem różnych substancji. Faza realizacyjna: Nauczyciel wprowadza definicję ciepła właściwego. Następnie uczniowie dyskutują od czego zależy przyrost temperatury danego ciała i jaka jest tu rola wartości ciepła właściwego. Uczniowie w grupach obliczają wzrost temperatury na skutek przekazania jednakowego ciepła do jednego kilograma żelaza i 1 kg ołowiu. Uczniowie oglądają film‐samouczek i w grupach rozwiązują zadanie 8 powiązane z treścią filmu. Faza podsumowująca: