Zawartość
Kalorymetr może wydawać się wymyślnym sprzętem naukowym, ale w rzeczywistości jest to bardzo proste urządzenie do pomiaru ciepła, które można wykonać w domu przy użyciu dwóch filiżanek kawy. Często wykorzystywany w eksperymentach projektu naukowego, mierzy ilość ciepła zaangażowanego w proces chemiczny lub fizyczny, taki jak przenoszenie ciepła lub ciepło właściwe substancji.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Temperatura cieczy zmienia się, gdy zyskuje lub traci energię. Kalorymetr mierzy masę cieczy i zmianę temperatury cieczy w celu ustalenia ilości energii uzyskanej lub utraconej przez ciecz.
Elementy kalorymetru
Kalorymetr ma dwa naczynia: naczynie zewnętrzne i naczynie wewnętrzne. Powietrze między dwoma naczyniami działa jak izolator ciepła, co oznacza, że nie ma (lub minimalna) wymiana ciepła między tym, co znajduje się w wewnętrznym naczyniu a środowiskiem zewnętrznym. Kalorymetry stosowane w laboratoriach naukowych mają pierścień z włókna wykonany z materiału izolacyjnego, który utrzymuje naczynie wewnętrzne w środku naczynia zewnętrznego. Obejmują one termometr do pomiaru temperatury cieczy w wewnętrznym naczyniu oraz mieszadło do mieszania cieczy i rozprowadzania ciepła w naczyniu. Łatwo jest zrobić kalorymetr w domu za pomocą styropianowych kubków, pokrywy, termometru i mieszadła. Jednak kalorymetr „filiżanki kawy” umożliwia większą wymianę ciepła z otoczeniem i daje mniej dokładne wyniki.
Pomiar wymiany ciepła
Jeśli reakcja egzotermiczna (reakcja chemiczna, która uwalnia energię przez światło lub ciepło) zachodzi w roztworze kalorymetru, roztwór wykorzystuje ciepło, które podnosi jego temperaturę. Jeśli zachodzi reakcja endotermiczna (reakcja, która pochłania energię z otoczenia), roztwór traci ciepło, co obniża jego temperaturę. Różnica temperatur wraz z ciepłem właściwym i masą roztworu pozwala ustalić, ile ciepła zużywa reakcja. Na przykład, jeśli umieścisz gorący kawałek miedzi w chłodnej ilości wody w kalorymetrze, ciepło przepłynie z miedzi do wody. Temperatura miedzi spadnie, a temperatura wody będzie rosła, dopóki nie osiągną tej samej temperatury (równowagi termicznej). Podczas procesu nie zyskujesz ani nie tracisz ciepła, ponieważ kalorymetr pozwala na przeniesienie całego ciepła między dwiema substancjami.
Pomiar ciepła właściwego
Ciepło właściwe to ilość energii niezbędna do wytworzenia zmiany temperatury o 1 stopień Celsjusza na gram substancji i zmienia się w zależności od substancji. Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 1,00 kalorii / gram stopni Celsjusza. Aby określić ciepło właściwe nieznanego metalu, umieść rozgrzany kawałek metalu w wodzie w wewnętrznym naczyniu kalorymetru. Po zmierzeniu końcowej temperatury zarówno metalu, jak i wody, takiej jak najwyższa temperatura osiągana przez wodę, możesz obliczyć ciepło właściwe metalu. Najpierw pomnóż masę wody przez ciepło właściwe wody przez zmianę temperatury wody, a następnie pomnóż masę metalu przez zmianę temperatury metalu. Podziel pierwszą odpowiedź przez drugą odpowiedź, aby ustalić ciepło właściwe metalu.