Jeśli zdarzyło Ci się kiedyś kupować z rodzicami czajnik elektryczny pewnie trudno wam było dokonać wyboru. W sklepach jest mnóstwo modeli. Mają różną moc i różną pojemność. Jak wybrać taki, który będzie naprawdę przydatny w twojej kuchni? To zależy od tego jak często gotujesz wodę i jak dużo jej zużywasz naraz. Po obejrzeniu naszej lekcji masz szansę zostać rodzinnym ekspertem w tej dziedzinie. Zapraszam. Każdy czajnik ma określoną moc która informuje nas ile energii pobiera on z sieci a pośrednio o tym, jak szybko jest on w stanie podgrzać określoną objętość wody. Czajnik mający większą moc szybciej grzeje wodę ale i zjada więcej prądu. Dlaczego jednak ogrzanie określonej objętości wody z daną mocą zajmuje tyle czasu a nie więcej albo mniej? To zależy od tajemniczej wielkości zwanej ciepłem właściwym. Wiemy już, że aby podwyższyć temperaturę ciała trzeba mu dostarczyć energię. Znając moc czajnika i czas grzania wody możemy obliczyć jaka energia została do niej dostarczona czyli ile prądu pożarł nasz czajnik. Zakładamy, że nasze urządzenie działa bezstratnie, czyli cały prąd zużywa na ogrzanie wody. W rzeczywistości takie idealne sytuacje nie istnieją, ale na potrzeby tego filmu możemy takie założenie przyjąć. W innym filmie tej playlisty pokazywaliśmy że przy dostarczeniu tej samej ilości ciepła różnym substancjom w naszym przypadku plastrowi bakłażana i karkówki uzyskaliśmy różne temperatury. Różnice w temperaturze były widoczne także wtedy, gdy na grillu położyliśmy plastry tej samej substancji ale różnej grubości. Ten grubszy przypiekł się mniej. Jak widzisz, ilość ciepła potrzebnego do określonej zmiany temperatury zależy nie tylko od masy ale także od samej substancji. Mięso grilluje się inaczej niż warzywa. Tę charakterystyczną dla każdej substancji wielkość, nazywamy ciepłem właściwym i obliczamy ze wzoru CW równa się Q przez m razy delta T. Żeby utrwalić sobie nowo poznany termin zróbmy zadanie. W czasie 70 sekund w czajniku o mocy 600 watów podgrzano 500 gramów wody o 20 stopni Celsjusza. Zakładając, że całą energię elektryczną dostarczoną do czajnika zużytą na ogrzanie wody obliczmy ilość energii zużytą do jej ogrzania oraz ciepło właściwe wody. Najpierw podpunkt a. Skorzystamy ze wzoru na moc. P równa się W przez t O jaką pracę chodzi? Prąd wykonuje pracę na grzałce a więc przekazuje jej energię przez co jej temperatura rośnie. Grzałka przekazuje ciepło wodzie. A więc praca prądu jest równa zużytej energii elektrycznej czyli tej przekazanej grzałce i zamienionej na ciepło przekazane wodzie. Możemy więc zapisać że P równa się delta E przez t. Chcemy obliczyć ilość zużytej energii a więc musimy przekształcić nasz wzór wymnażając obustronnie przez t. Otrzymujemy delta E równa się P razy t. Podstawiamy dane do wzoru. Delta E równa się więc 600 watów razy 70 sekund, co daje nam 42 000 dżuli. Teraz zajmijmy się podpunktem b. Ciepło właściwe wody można obliczyć ze znanego już wzoru. CW równa się Q przez m razy delta T Energia prądu w czajniku zostaje zamieniona na ciepło. A więc Q w tym wzorze możemy zastąpić zużytą energią prądu. A wartość zużytej energii już znamy. CW równa się więc delta E przez m razy delta T Po podstawieniu danych do wzoru otrzymujemy: CW równa się 42 000 dżuli przez 0,5 kilograma razy 20 stopni Celsjusza. A więc ciepło właściwe wody to 4200 dżuli na kilogram razy stopień Celsjusza. Czy to dużo czy mało? Tego dowiesz się, gdy schrupiesz orzeszka. Wiesz już, że ciepło właściwe jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji. Typowe wartości przedstawia tabela. Wartość ciepła właściwego informuje nas o tym, 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. Fakt ten ma wielkie znaczenie dla stabilności klimatu terenów położonych w pobliżu dużych zbiorników wody. O czym mówiliśmy więcej w filmie o właściwościach wody w zakładce chemia. Ma także znaczenie przy smażeniu frytek co pokażemy Ci na kolejnym przykładzie. Ale o tym, gdy schrupiesz orzeszka. Rozwiążmy kolejne zadanie. Tym razem w roli głównej frytkownica. Ile litrów oleju o gęstości 886 kilogramów na metr sześcienny może podgrzać frytkownica o mocy 2000 watów w ciągu 10 minut? Podgrzewa go z temperatury 20 stopni Celsjusza do temperatury 170 stopni. Ciepło właściwe oleju wynosi 1643 dżule na kilogram razy stopień Celsjusza. Aby obliczyć ile litrów oleju możemy rozgrzać do zadanej temperatury musimy wiedzieć, ile ciepła wytwarza frytkownica w czasie 10 minut. Z poprzedniego zadania wiemy że wytworzone przez grzałkę ciepło jest równe zużytej energii elektrycznej a więc także pracy prądu. Możemy więc znów skorzystać ze wzoru P równa się W przez t. W którym pracę zastępujemy ciepłem. P równa się więc Q przez t. Obliczamy ciepło, czyli konieczne jest wymnożenie obustronne tego wzoru przez t, albo skorzystanie ze znanej Ci już może z innych naszych lekcji piramidki. Otrzymujemy Q równa się P razy t. Moc i czas pracy znamy. Konieczna jest jednak zmiana jednostek w jakich wyrażamy czas. Ponieważ minuty nie są jednostką podstawową. 10 minut to 10 razy 60, czyli 600 sekund. Teraz możemy podstawiać. Q równa się więc 2000 watów razy 600 sekund, czyli 1 200 000 dżuli. Znów duża liczba, ale tym razem zostawimy ją w takiej formie bo będzie nam potrzebna do dalszych obliczeń. Teraz czas zabrać się za olej. Tu przyda nam się wzór na ciepło właściwe. Tym razem nie będziemy go jednak liczyć. Potrzebna nam jest objętość oleju ale we wzorze jej nie ma. Jest za to masa. A masę sprawnie przeliczymy na objętość w kolejnym etapie. Przekształcamy nasz wzór najpierw wymnażając go obustronnie przez m razy delta T a następnie dzieląc przez CW razy delta T. Otrzymujemy m równa się Q przez CW razy delta T. Znamy ciepło Q i ciepło właściwe CW. Ale jaka jest zmiana temperatury? Olej ogrzewa się od 20 do 170 stopni a więc o 150 stopni. Mamy wszystko. Podstawiamy. m równa się 1 200 000 dżuli przez 1643 dżule na kilogram razy stopień Celsjusza i razy 150 stopni Celsjusza. Czyli masa oleju to w przybliżeniu 4,9 kilograma. Ostatnia prosta. Obliczamy objętość oleju korzystając ze wzoru na gęstość. d równa się m przez V Po jego przekształceniu albo zastosowaniu piramidki otrzymujemy V równa się m przez d. Czyli 4,9 kilograma przez 886 kilogramów na metr sześcienny co daje nam 0,00553 metra sześciennego. Wynik mieliśmy podać w litrach które są równe decymetrom sześciennym. Czyli nasz wynik musimy wymnożyć przez 1000. Daje nam to 5,53 litra oleju. Uff, udało się. Na zakończenie zadanie dla Ciebie: jaka była moc czajnika elektrycznego który w czasie 2 minut zagotował 1 kilogram wody od temperatury 20 stopni Celsjusza? Ciepło właściwe wody wynosi 4200 dżuli na kilogram razy stopień Celsjusza. Oblicz zadanie, a następnie wznów film i sprawdź czy Twój wynik jest taki sam jak mój. Udało się? To spójrz na moje rozwiązanie i porównaj ze swoim. Ciepło właściwe jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji i informuje nas ile ciepła należy dostarczyć aby ogrzać 1 kilogram tej substancji o 1 stopień. Czas na przerwę na herbatę. Idę włączyć czajnik. Ciekawe, ile jemu zajmie zagotowanie wody. Ale wcześniej zapraszam Cię na obejrzenie innych cieplutkich filmów z tej playlisty.