Temat

Jak obliczamy ciepło potrzebne do zmiany temperatury, stopienia lub wyparowania ciała?

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

Uczeń posługuje się pojęciem ciepła właściwego, ciepła topnienia i ciepła parowania wraz z jego jednostką.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wprowadzenie pojęcia ciepła właściwego, ciepła topnienia oraz ciepła parowania.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wprowadzenie pojęcia ciepła właściwego.

2. Przedstawienie pojęcia ciepła topnienia.

3. Przedstawienie pojęcia ciepła parowania.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- posługuje się pojęciem ciepła właściwego, ciepła topnienia oraz ciepła parowania,

- wyznacza ciepło potrzebne do podgrzania ciała.

Metody kształcenia

1. Metoda odwróconej klasy.

2. Uczenie się przez stosowanie poznanych reguł i rozwiązywanie zadań problemowych.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca w grupach nad rozwiązywaniem zadań problemowych.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Proszę przedstawić odpowiedzi na następujące pytania.

1. Co to jest ciepło właściwe i w jakich jednostkach je mierzymy?

2. Podaj wzór, przy pomocy którego można wyznaczyć ciepło potrzebne do ogrzania substancji o masie m o ∆t.

3. Co to jest ciepło topnienia substancji i w jakich jednostkach je mierzymy?

4. Przedstaw sposób pozwalający wyznaczyć ciepło potrzebne do stopienia ciała o masie m w temperaturze topnienia.

5. Co to jest ciepło parowania substancji i w jakich jednostkach je mierzymy?

6. Przedstaw sposób pozwalający wyznaczyć ciepło potrzebne do wyparowania cieczy o masie m.

Realizacja lekcji

[Slideshow]

Proszę w grupach przygotować odpowiedzi na powyższe pytania.

Pytanie 1

Ciepło właściwe – ilość energii cieplnej potrzebna do ogrzania 1 kilograma substancji o jeden stopień Celsjusza (jeden kelwin). Jest to wielkość charakteryzująca daną substancję. Jednostką ciepła właściwego w układzie SI jest $\left[\frac{J}{kg·K}\right]$.

Definicję tę możemy zapisać za pomocą wzoru:

gdzie:

$c_w$ - ciepło właściwe substancji,
Q - ciepło, które musimy dostarczyć aby ogrzać ciało,
m – masa ogrzewanego ciała,
∆t – przyrost temperatury ciała.

Komentarz nauczyciela:

Ciepło właściwe substancji zależy od rodzaju substancji oraz od jej stanu skupienia. Tabela poniżej przedstawia przykładowe ciepła właściwe.

[Tabela 1]

Pytanie 2

Przekształcając wzór definicyjny ciepła właściwego otrzymamy wzór na ciepło potrzebne do ogrzania ciała o masie m o różnicę temperatur ∆t:

Pytanie 3

Ciepło topnienia – ilość ciepła (energii), jaką należy dostarczyć, aby stopić 1 kilogram danej substancji. Jest to wielkość charakterystyczna dla danego rodzaju substancji. Jednostką ciepła topnienia w układzie SI jest $\left[\frac{J}{kg}\right]$.

Definicję tę możemy zapisać za pomocą wzoru:

gdzie:
L – ciepło topnienia substancji,
Q – ilość ciepła dostarczona w czasie procesu topnienia,
m – masa ciała, które uległo stopieniu.

Pytanie 4

Przekształcając wzór definicyjny ciepła topnienia otrzymamy:

Komentarz nauczyciela:

Ciepło topnienia zależy przede wszystkim od rodzaju substancji. Tabela nr 2 przedstawia przykładowe wartości ciepła topnienia.

[Tabela 2]

Pytanie 5

Ciepło parowania – ilość ciepła (energii), jaką należy dostarczyć, aby wyparował 1 kilogram danej substancji. Jest to wielkość charakterystyczna dla danego rodzaju substancji. Jednostką ciepła parowania w układzie SI jest $\left[\frac{J}{kg}\right]$.

Definicję tę możemy zapisać za pomocą wzoru:

gdzie:
R – ciepło parowania substancji,
Q – ilość ciepła dostarczona w czasie procesu parowania,
m – masa wyparowywanego ciała.

Pytanie 6

Przekształcając wzór definicyjny ciepła parowania otrzymamy:

Komentarz nauczyciela:

Ciepło parowania zależy przede wszystkim od rodzaju substancji. Tabela nr 3 przedstawia przykładowe wartości ciepła parowania.

[Tabela 3]

Podsumowanie lekcji

- Ilość energii cieplnej Q do ogrzania ciała zależy od tego, jaki przyrost temperatury chcemy uzyskać, a także od masy ogrzewanego ciała oraz od rodzaju substancji.

- Do porównywania cieplnych właściwości ciał służy ciepło właściwe.

- Ciepło właściwe to ilość energii cieplnej (ciepła) potrzebna do ogrzania 1 kilograma substancji o jeden stopień Celsjusza (jeden kelwin). Ciepło właściwe jest wielkością charakteryzująca daną substancję.

- Aby stopić ciało stałe, należy dostarczyć energię, aby zaś zestalić ciecz (zmienić stan skupienia z ciekłego na stały), trzeba pobrać od niej energię.

- Ciepło topnienia to ilość energii cieplnej, jaką należy dostarczyć, aby stopić 1 kilogram danej substancji. Jest to wielkość charakterystyczna dla danego rodzaju substancji.

- Ciepło krzepnięcia to ilość energii, jaką należy odebrać, aby zestalić 1 kilogram danej substancji.

- Parowanie cieczy oraz wrzenie (parowanie w całej objętości cieczy) wymagają dostarczania energii cieplnej do cieczy, natomiast skraplanie wymaga odprowadzania tej energii od substancji w fazie gazowej.

- Ciepło parowania to ilość energii (ciepła), jaką należy dostarczyć, aby odparować 1 kilogram danej substancji (by 1 kg substancji zmienił stan skupienia z ciekłego na gazowy). Jest to wielkość charakterystyczna dla danego rodzaju substancji.

- Ciepło skraplania to ilość energii (ciepła), jaką należy odebrać, aby skroplić 1 kilogram danej substancji. Jest to wielkość charakterystyczna dla danego rodzaju substancji.