Τα θερμόμετρα μετρούν τη θερμότητα μιας χημικής αντίδρασης ή μια φυσική αλλαγή όπως ο πάγος που λιώνει σε υγρό νερό. Η θερμότητα της αντίδρασης είναι σημαντική για την κατανόηση της θερμοδυναμικής των χημικών αντιδράσεων και την πρόβλεψη των ειδών των αντιδράσεων που θα λάβουν χώρα αυθόρμητα. Ένα βασικό θερμιδόμετρο είναι πολύ εύκολο στην κατασκευή - το μόνο που χρειάζεστε είναι μερικά φλιτζάνια καφέ Styrofoam, ένα καπάκι και ένα θερμόμετρο. Πριν χρησιμοποιήσετε το θερμιδόμετρο, ωστόσο, πρέπει να το βαθμονομήσετε και να προσδιορίσετε τη σταθερά του θερμιδόμετρου. Για να βρείτε τη σταθερά θερμιδόμετρου για τη συσκευή σας, ακολουθήστε τα βήματα που περιγράφονται παρακάτω.
Φορέστε παλτό εργαστηρίου, γυαλιά και γάντια.
Συναρμολογήστε το θερμιδόμετρο του φλιτζανιού του καφέ εισάγοντας ένα φλιτζάνι καφέ Styrofoam στο άλλο και στερεώνοντας το καπάκι. Μπορεί να φαίνεται απλό, αλλά αν έχει βαθμονομηθεί σωστά, αυτό το θερμιδόμετρο φλιτζανιού καφέ μπορεί να είναι εκπληκτικά χρήσιμο για την εύρεση θερμότητας αντίδρασης.
Μετρήστε περίπου 50 mL κρύου νερού χρησιμοποιώντας τον βαθμονομημένο κύλινδρο. Δεν χρειάζεται να είμαστε ακριβείς σε αυτό το στάδιο.
Μετρήστε το βάρος του άδειου θερμιδόμετρου φλιτζανιού καφέ σας στα πλησιέστερα 0,01 γραμμάρια (ή όσο πιο κοντά μπορείτε να πάρετε). Τώρα, προσθέστε τα 50 mL κρύου νερού, αντικαταστήστε το καπάκι και ξαναζυγίστε το θερμιδόμετρο. Η διαφορά μεταξύ του κενού και του πλήρους βάρους είναι το βάρος του κρύου νερού. Καταγράψτε αυτήν την τιμή (στα πλησιέστερα 0,01 γραμμάρια).
Ζυγίστε το ποτήρι και καταγράψτε το βάρος του (στα πλησιέστερα 0,01 γραμμάρια). Προσθέστε περίπου 50 mL νερού και ζυγίστε ξανά το ποτήρι. Η διαφορά μεταξύ του κενού και του πλήρους βάρους είναι το βάρος του ζεστού νερού. Καταγράψτε αυτήν την τιμή (στα πλησιέστερα 0,01 γραμμάρια).
Χρησιμοποιώντας το στήριγμα δακτυλίου και το σφιγκτήρα, ασφαλίστε το ποτήρι έτσι ώστε να στέκεται πάνω από το πλέγμα γάζας πάνω από τον καυστήρα bunsen. Το συρμάτινο πλέγμα εμποδίζει τη φλόγα να έρθει σε άμεση επαφή με το γυαλί. Τοποθετήστε ένα από τα δύο θερμόμετρα στο ποτήρι και ασφαλίστε το χρησιμοποιώντας ένα σφιγκτήρα έτσι ώστε να αιωρείται στο νερό, αλλά δεν αγγίζει τον πυθμένα του ποτηριού.
Ανάψτε τον καυστήρα bunsen και θερμάνετε απαλά το ζεστό νερό στους περίπου 80 βαθμούς C. Είναι καλύτερα να το θερμαίνετε αργά παρά να το θερμαίνετε πολύ γρήγορα και να το βράσετε.
Εισάγετε το δεύτερο θερμόμετρο στο θερμιδόμετρο μέσω του καπακιού. Ανακατέψτε το νερό μέσα στο θερμιδόμετρο για τέσσερα λεπτά και καταγράψτε τη θερμοκρασία του σε διαστήματα ενός λεπτού στους πλησιέστερους 0,1 βαθμούς C. Η θερμοκρασία πρέπει να παραμείνει λίγο πολύ σταθερή. Εάν δεν είναι, αφήστε το κρύο νερό να καθίσει για τουλάχιστον δύο λεπτά περισσότερο.
Λίγο πριν το πέμπτο λεπτό, απενεργοποιήστε τον καυστήρα Bunsen εάν δεν το έχετε κάνει ήδη και καταγράψτε τη θερμοκρασία του ζεστού νερού και του κρύου νερού. Γρήγορα και προσεκτικά ρίξτε όλο το ζεστό νερό στο θερμιδόμετρο και στη συνέχεια αντικαταστήστε το καπάκι και συνεχίστε την ανάδευση με το θερμόμετρο.
Μετρήστε και καταγράψτε τη θερμοκρασία στο θερμιδόμετρο σε διαστήματα 30 δευτερολέπτων έως ότου παρέλθουν συνολικά πέντε λεπτά.
Ανοίξτε το Excel ή άλλο πρόγραμμα υπολογιστικών φύλλων. Εισαγάγετε την ώρα ως τις τιμές X και τις θερμοκρασίες ως τις τιμές y και γράψτε τα δεδομένα σας. Χρησιμοποιήστε το πρόγραμμα υπολογιστικών φύλλων για να βρείτε μια γραμμή που ταιριάζει καλύτερα στα δεδομένα μετά την προσθήκη ζεστού νερού. Μην συμπεριλάβετε τα σημεία δεδομένων από πριν προσθέσετε το ζεστό νερό στη γραμμή σας που ταιριάζει καλύτερα. Η γραμμή τάσης πρέπει να είναι γραμμική.
Γράψτε τη γραμμή της καλύτερης εφαρμογής από το γράφημα σας. Συνδέστε 5 λεπτά για το x και υπολογίστε το y (η θερμοκρασία παρέκτασης στα 5 λεπτά). Θα ονομάσουμε αυτή την παρέκταση θερμοκρασίας Tf.
Αφαιρέστε το Tf από τη θερμοκρασία του ζεστού νερού λίγο πριν το προσθέσετε στο θερμιδόμετρο. Αυτό θα σας δώσει την αλλαγή στη θερμοκρασία του ζεστού νερού, Th. Πολλαπλασιάστε το Th με 4,184 και τη μάζα του ζεστού νερού για να μάθετε πόση ενέργεια έχασε το ζεστό νερό σε joules.
Αφαιρέστε τη θερμοκρασία του κρύου νερού από Tf. Αυτό θα σας δώσει Tc, την αλλαγή θερμοκρασίας του κρύου νερού. Πολλαπλασιάστε με τη μάζα του κρύου νερού και 4,184 για να βρείτε την ποσότητα ενέργειας που αποκτάται από το κρύο νερό σε joules.
Αφαιρέστε την ενέργεια που αποκτήθηκε από το κρύο νερό από την ενέργεια που χάθηκε από το ζεστό νερό. Αυτό θα σας δώσει την ποσότητα ενέργειας που αποκτάται από το θερμιδόμετρο.
Διαιρέστε την ενέργεια που αποκτάται από το θερμιδόμετρο με Tc (η αλλαγή θερμοκρασίας του κρύου νερού). Αυτή η τελική απάντηση είναι η σταθερά του θερμιδόμετρου.
Πράγματα που θα χρειαστείτε
- Θερμιδόμετρο φλιτζάνι καφέ
- 2 θερμόμετρα
- Καυστήρας Bunsen
- Αναπτήρας
- Ξηρά ποτήρι ζέσεως 150 mL
- Κλίμακα
- Ογκομετρικός κύλινδρος
- Πρόγραμμα υπολογιστικών φύλλων όπως το Excel ή το OpenOffice
- Νερό
- Περίπτερο
- Σφιγκτήρας
- Συρμάτινο πλέγμα
- Αριθμομηχανή
- Ιατρική ρόμπα
- Μεγάλα ματογυαλιά
- Γάντια
Συμβουλές
Η σταθερά θερμιδόμετρου δεν μπορεί ποτέ να είναι αρνητική - εάν είναι, έχετε κάνει λάθος... Δοκιμάστε να εκτελέσετε πολλές δοκιμές και να υπολογίσετε κατά μέσο όρο τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών για να μειώσετε το σφάλμα σας. Η αβεβαιότητα στον τελικό σας μέσο όρο θα είναι συν / μείον 2 φορές την τυπική απόκλιση.
Προειδοποιήσεις
ΠΑΝΤΑ να είστε εξαιρετικά προσεκτικοί όταν εργάζεστε με ανοιχτή φλόγα. Ποτέ μην αφήνετε τα μαλλιά, τα ρούχα ή τα εύφλεκτα υλικά σας να πλησιάζουν στη φωτιά. Σβήστε τον καυστήρα όταν δεν χρησιμοποιείται πλέον. Να είστε εξαιρετικά προσεκτικοί όταν εργάζεστε με ζεστό νερό. νερό στους 80 βαθμούς C μπορεί να προκαλέσει δυσάρεστα εγκαύματα ή εγκαύματα εάν το χύσετε στο δέρμα σας.
