Innhold
Hvis du skal gjennomføre et eksperiment for å bestemme mengden varme som mistes eller oppnås ved en kjemisk reaksjon eller en annen prosess, må du gjøre det i en beholder. Beholderen, som er kalorimeteret, kan være en enkel som en Styrofoam kopp eller så sofistikert som en eksplosjonssikker beholder nedsenket i vann. Uansett vil den absorbere noe av varmen, så det er viktig å kalibrere den før du gjennomfører eksperimentet. Kalibreringen gir deg et nummer som kalles kalorimeterkonstanten. Det er mengden varmeenergi som kreves for å heve kalorimeterets temperatur med 1 grad Celsius. Når du vet dette konstant, kan du bruke kalorimeteret til å måle den spesifikke varmen til andre materialer.
Bestemme kalorimeterkonstanten
Når du kombinerer en mengde av et stoff med samme mengde av det samme stoffet ved en annen temperatur og måler likevektstemperaturen, bør du finne at det er midt mellom de opprinnelige temperaturene. Det er en idealisering. I virkeligheten blir noe av varmen absorbert av kalorimeteret.
En måte å kalibrere et kalorimeter er ved å blande to mengder vann i det ved forskjellige temperaturer og registrere likevektstemperaturen. Vann fungerer bra til dette formålet fordi det har en lett å håndtere spesifikk varme (Cs) på 1 kalori per gram per grad Celsius (4,166 Joules / g ˚C). Hell i en kjent mengde varmt vann (m1) inn i et kalorimeter som inneholder en kjent mengde kaldt vann (m2) og registrere blandingens likevektstemperatur. Du finner ut at varmen som går tapt av det varme vannet er mer enn varmen fra det kalde vannet. Forskjellen er varmen som blir absorbert av kalorimeteret.
Det varme vannet mister en mengde varmeenergi gitt av q1 = m1CSAT1, og det kalde vannet får en mengde som tilsvarer q2 = m2CSAT2. Mengden kalorimeteret absorberer er (q1 - q2) = (m1 CSAT1 ) - (m2CSAT2). Temperaturen på kalorimeteret stiger med samme mengde som det kalde vannet, så varmekapasiteten til kalorimeteret, som er den samme som kalorimeterkonstanten (cc), er (q1 - q2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C eller
cc = CS (m1AT1 + m2AT2) ÷ ∆T2 beregnet / g ˚C
Måling av spesifikk varme
Når du vet dens varmekapasitet, kan du bruke et kalorimeter for å beregne den spesifikke varmen til et ukjent stoff. Varm opp en kjent masse av stoffet (m1) til en bestemt temperatur (T1). Legg den til kalorimeteret der du allerede har plassert en annen masse av det samme stoffet (m2) ved en kjøligere temperatur (T2). Vent til temperaturen kommer til likevekt, og registrer den likevektsstemperaturen (TE).
Du finner stoffets spesifikke varme ved å bruke ligningen ovenfor, omorganisert for å løse for CS.
CS = (cc • ∆T2) ÷ (m1AT1 + m2AT2) cal / g ˚C.