Innehåll
Om du kommer att genomföra ett experiment för att bestämma mängden värme som tappats eller erhållits i en kemisk reaktion eller någon annan process, måste du göra det i en behållare. Behållaren, som är kalorimetern, kan vara en enkel som en styrofoamkopp eller så sofistikerad som en explosionssäker behållare nedsänkt i vatten. Hursomhelst kommer det att ta upp lite av värmen, så det är viktigt att kalibrera det innan du genomför ditt experiment. Kalibreringen ger dig ett nummer som kallas kalorimeterkonstanten. Det är den mängd värmeenergi som krävs för att höja kalorimeterns temperatur med 1 grad Celsius. När du känner till detta konstant kan du använda kalorimetern för att mäta den specifika värmen från andra material.
Bestämma kalorimeterskonstanten
När du kombinerar en mängd av ett ämne med samma kvantitet av samma ämne vid en annan temperatur och mäter jämviktstemperaturen, bör du finna att det är halvvägs mellan de initiala temperaturerna. Det är dock en idealisering. I verkligheten absorberas en del av värmen av kalorimetern.
Ett sätt att kalibrera en kalorimeter är genom att blanda två mängder vatten i den vid olika temperaturer och registrera jämviktstemperaturen. Vatten fungerar bra för detta ändamål eftersom det har en lätt att hantera specifik värme (Cs) på 1 kalori per gram per grad Celsius (4,166 Joules / g ˚C). Häll i en känd mängd varmt vatten (m1) i en kalorimeter som innehåller en känd mängd kallt vatten (m2) och registrera blandningens jämviktstemperatur. Du hittar att värmen som förloras av det varma vattnet är mer än värmen som erhållits av det kalla vattnet. Skillnaden är den värme som absorberas av kalorimetern.
Det varma vattnet förlorar en mängd värmeenergi som ges av q1 = m1CSAT1och det kalla vattnet får en mängd som är lika med q2 = m2CSAT2. Den mängd som kalorimetern tar upp är (q1 - q2) = (m1 CSAT1 ) - (m2CSAT2). Kalorimeterns temperatur stiger med samma mängd som det kalla vattnet, så kalorimeterns värmekapacitet, som är densamma som kalorimeterkonstanten (cc), är (q1 - q2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C eller
cc = CS (m1AT1 + m2AT2) ÷ ∆T2 beräknat / g ˚C
Mätning av specifik värme
När du känner till dess värmekapacitet kan du använda en kalorimeter för att beräkna den specifika värmen hos ett okänt ämne. Värm upp en känd massa av ämnet (m1) till en specifik temperatur (T1). Lägg till den i kalorimetern där du redan har placerat en annan massa av samma ämne (m2) vid en kallare temperatur (T2). Vänta tills temperaturen kommer till jämvikt och registrera den jämviktstemperaturen (TE).
Du hittar ämnets specifika värme genom att använda ovanstående ekvation, omorganiserad för att lösa för CS.
CS = (cc • ∆T2) ÷ (m1AT1 + m2AT2Beräknat)) cal / g ˚C.