Valintakoe A: Tekniikka ja luonnontieteet
Miten lämpömäärä lasketaan?
Aineen lämmittämiseen tarvittava lämpömäärä lasketaan kaavalla Q = cmΔT, missä c on aineen ominaislämpökapasiteetti, m massa ja ΔT lämpötilan muutos. Olomuodon muutoksessa lämpötila pysyy vakiona, ja lämpömäärä on Q = mL, missä L on sulamis- tai höyrystymislämpö. Veden ominaislämpökapasiteetti on noin 4,19 kJ/(kg · K).
Ominaislämpökapasiteetti kertoo, kuinka paljon energiaa tarvitaan nostamaan yhden kilogramman lämpötilaa yhdellä kelvinillä. Vedellä arvo on suuri, joten vesi lämpenee ja jäähtyy hitaasti samalla energiamäärällä.
Lämpötilan muutos on sama celsius- ja kelvinasteikolla, koska asteikkojen yksiköt ovat samankokoiset. Nousu 20 °C:sta 70 °C:seen on 50 K. Kelvineiksi muuntaminen tarvitaan vain, kun kaavassa on absoluuttinen lämpötila, kuten kaasulaeissa.
Monivaiheinen tehtävä jaetaan osiin. Kun jäästä tehdään lämmintä vettä, lasketaan jään lämmitys sulamispisteeseen, sulaminen ja syntyneen veden lämmitys, ja osat lasketaan yhteen. Eristetyssä sekoituksessa kuuman aineen luovuttama lämpö on yhtä suuri kuin kylmän vastaanottama.
Kaava
Q = cmΔT
olomuodon muutos Q = mL
eristetty sekoitus: luovutettu lämpö = vastaanotettu lämpö
Esimerkki
Kuinka paljon energiaa tarvitaan, kun 0,50 kg jäätä, jonka lämpötila on 0 °C, sulatetaan ja syntynyt vesi lämmitetään 40 °C:seen? Jään sulamislämpö on 334 kJ/kg ja veden ominaislämpökapasiteetti 4,19 kJ/(kg · K).
- Sulaminen: Q₁ = mL = 0,50 · 334 kJ = 167 kJ.
- Veden lämmitys: Q₂ = cmΔT = 4,19 · 0,50 · 40 kJ = 83,8 kJ.
- Yhteensä: Q = 167 kJ + 83,8 kJ = 250,8 kJ.
- Vastaus: noin 250 kJ.
Tyypillinen virhe
Olomuodon muutos lasketaan kaavalla Q = cmΔT. Sulamisen aikana lämpötila ei muutu, joten ΔT = 0 antaisi virheellisesti nollan. Olomuodon muutokseen tarvitaan kaava Q = mL.
Valintakokeessa A
Lämpöoppi kuuluu lukion fysiikkaan, johon valintakokeen A fysiikan ja kemian osio perustuu. Kaavaliite jaettiin kokeessa vuonna 2026, mutta tehtävän jakaminen vaiheisiin ja yksiköiden hallinta jäävät hakijalle.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe A -kurssin luvussa 14: Lämpöoppi, sähkö ja aallot. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mikä on ominaislämpökapasiteetti?
Ominaislämpökapasiteetti c kertoo, kuinka monta joulea tarvitaan nostamaan yhden kilogramman lämpötilaa yhdellä kelvinillä. Sen yksikkö on J/(kg · K). Veden arvo on noin 4190 J/(kg · K), mikä on selvästi enemmän kuin esimerkiksi raudalla tai alumiinilla.
Miksi lämpötila ei nouse, kun jää sulaa?
Sulamisen aikana tuotu energia kuluu hiukkasten välisten sidosten purkamiseen eikä kasvata hiukkasten keskimääräistä liike-energiaa. Siksi jään ja veden seoksen lämpötila pysyy normaalipaineessa 0 °C:ssa, kunnes kaikki jää on sulanut. Vasta sitten lämpötila alkaa nousta.