Conţinut
Dacă aveți de gând să efectuați un experiment pentru a determina cantitatea de căldură pierdută sau câștigată într-o reacție chimică sau un alt proces, trebuie să o faceți într-un recipient. Recipientul, care este calorimetrul, ar putea fi simplu ca o cană Styrofoam sau la fel de sofisticat ca un recipient rezistent la explozie, scufundat în apă. Oricum, va absorbi o parte din căldură, deci este important să o calibrați înainte de a efectua experimentul. Calibrarea vă oferă un număr numit constanta calorimetrului. Cantitatea de energie termică necesară pentru ridicarea temperaturii calorimetrului cu 1 grad Celsius. După ce cunoașteți această constantă, puteți utiliza calorimetrul pentru a măsura căldura specifică a altor materiale.
Determinarea constantei calorimetrului
Când combinați o cantitate dintr-o substanță cu aceeași cantitate din aceeași substanță la o temperatură diferită și măsurați temperatura de echilibru, ar trebui să găsiți că este la mijlocul distanței dintre temperaturile inițiale. Asta este o idealizare. În realitate, o parte din căldură este absorbită de calorimetru.
Un mod de a calibra un calorimetru este prin amestecarea a două cantități de apă în el la temperaturi diferite și înregistrarea temperaturii de echilibru. Apa funcționează bine în acest scop, deoarece are o căldură specifică ușor de manipulat (Cs) de 1 calorie pe gram per grad Celsius (4.186 Joules / g ˚C). Se toarnă într-o cantitate cunoscută de apă caldă (m1) într-un calorimetru care conține o cantitate cunoscută de apă rece (m2) și înregistrați temperatura de echilibru a amestecului. Veți găsi căldura pierdută de apa caldă este mai mult decât căldura obținută de apa rece. Diferența este căldura absorbită de calorimetru.
Apa fierbinte pierde o cantitate de energie termică dată de q1 = m1CSAT1, iar apa rece câștigă o cantitate egală cu q2 = m2CSAT2. Cantitatea care absoarbe calorimetrul este (q1 - q2) = (m1 CSAT1 ) - (m2CSAT2). Temperatura calorimetrului crește cu aceeași cantitate ca apa rece, deci capacitatea de căldură a calorimetrului, care este aceeași cu constanta calorimetrului (cc), este (q1 - q2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C sau
cc = CS (m1AT1 + m2AT2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C
Măsurarea căldurii specifice
După ce cunoașteți capacitatea de căldură, puteți utiliza un calorimetru pentru a calcula căldura specifică a unei substanțe necunoscute. Încălziți o masă cunoscută a substanței (m1) la o temperatură specifică (T1). Adăugați-l la calorimetrul în care ați pus deja o altă masă din aceeași substanță (m2) la o temperatura mai rece (T2). Așteptați ca temperatura să ajungă la echilibru și înregistrați temperatura de echilibru (TE).
Găsești căldura specifică a substanței folosind ecuația de mai sus, rearanjată pentru a rezolva CS.
CS = (cc • ∆T2) ÷ (m1AT1 + m2AT2) cal / g ˚C.