Η «θερμότητα» αντιπροσωπεύει τη θερμική ενέργεια των μορίων σε μια ουσία. Το νερό παγώνει στους 0 βαθμούς Κελσίου. Αλλά η θερμοκρασία ενός παγάκι μπορεί να πέσει πολύ κάτω από αυτό. Όταν ένας παγοκύβος αφαιρείται από τον καταψύκτη, η θερμοκρασία του κύβου αυξάνεται καθώς απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον του. Αλλά μόλις ο παγάκι φτάσει τους 0 C, αρχίζει να λιώνει και η θερμοκρασία του παραμένει 0 σε όλη τη διαδικασία τήξης, παρόλο που ο παγάκι συνεχίζει να απορροφά θερμότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή η θερμική ενέργεια που απορροφάται από τον παγάκι καταναλώνεται από μόρια νερού που διαχωρίζονται μεταξύ τους κατά την τήξη.
Η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από ένα στερεό κατά τη φάση τήξης του είναι γνωστή ως η λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης και μετριέται μέσω θερμιδομετρίας.
Τοποθετήστε ένα άδειο φλιτζάνι φελιζόλ σε ισορροπία και καταγράψτε τη μάζα του κενού κύπελλου σε γραμμάρια. Στη συνέχεια, γεμίστε το κύπελλο με περίπου 100 χιλιοστόλιτρα, ή περίπου 3,5 ουγκιές, αποσταγμένου νερού. Επιστρέψτε το γεμισμένο κύπελλο στην ισορροπία και καταγράψτε το βάρος του φλιτζανιού και του νερού μαζί.
Τοποθετήστε ένα θερμόμετρο στο νερό στο κύπελλο, περιμένετε περίπου 5 λεπτά για να έρθει το θερμόμετρο θερμική ισορροπία με το νερό και, στη συνέχεια, καταγράψτε τη θερμοκρασία του νερού ως αρχική θερμοκρασία.
Τοποθετήστε δύο ή τρία παγάκια σε μια χαρτοπετσέτα για να αφαιρέσετε οποιοδήποτε υγρό νερό στις επιφάνειες των κύβων και, στη συνέχεια, μεταφέρετε γρήγορα τους κύβους στο φλιτζάνι Styrofoam. Χρησιμοποιήστε το θερμόμετρο για να ανακατέψετε απαλά το μείγμα. Παρατηρήστε την ένδειξη θερμοκρασίας στο θερμόμετρο. Θα πρέπει να αρχίσει να πέφτει σχεδόν αμέσως. Συνεχίστε την ανάδευση και καταγράψτε τη χαμηλότερη θερμοκρασία που υποδεικνύεται στο θερμόμετρο πριν αρχίσει να αυξάνεται η θερμοκρασία. Καταγράψτε αυτήν την τιμή ως "τελική θερμοκρασία".
Αφαιρέστε το θερμόμετρο και επιστρέψτε το φελιζόλ για άλλη μια φορά στην ισορροπία και καταγράψτε τη μάζα του κυπέλλου, του νερού και του λιωμένου πάγου μαζί.
Προσδιορίστε τη μάζα νερού στο κύπελλο αφαιρώντας τη μάζα του κενού κύπελλου από το βάρος του κυπέλλου και το νερό μαζί, όπως συλλέχθηκε στο βήμα 1. Για παράδειγμα, εάν το άδειο κύπελλο ζύγιζε 3,1 γραμμάρια και το κύπελλο και το νερό μαζί ζύγιζαν 106,5 γραμμάρια, τότε η μάζα του νερού ήταν 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Υπολογίστε τη μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού αφαιρώντας την αρχική θερμοκρασία του νερού από την τελική θερμοκρασία του νερού. Έτσι, εάν η αρχική θερμοκρασία ήταν 24,5 C και η τελική θερμοκρασία ήταν 19,2 C, τότε deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.
Υπολογίστε τη θερμότητα, q, που αφαιρέθηκε από το νερό σύμφωνα με την εξίσωση q = mc (deltaT), όπου m και deltaT αντιπροσωπεύουν τη μάζα και τη θερμοκρασία αλλαγή του νερού, αντίστοιχα, και το c αντιπροσωπεύει την ειδική θερμική χωρητικότητα του νερού, ή 4,184 joules ανά γραμμάριο ανά βαθμό Κελσίου, ή 4,187 J / g-C. Συνεχίζοντας το παράδειγμα από τα βήματα 1 και 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J / g-C * -5,3 C = -2293 J. Αυτό αντιπροσωπεύει τη θερμότητα που αφαιρείται από το νερό, εξ ου και το αρνητικό της σημάδι. Σύμφωνα με τους νόμους της θερμοδυναμικής, αυτό σημαίνει ότι οι παγάκια στο νερό απορροφήθηκαν +2293 J θερμότητας.
Προσδιορίστε τη μάζα των παγάκια αφαιρώντας μαζί τη μάζα του φλιτζανιού και του νερού από τη μάζα του φλιτζανιού, του νερού και των παγάκια. Εάν το κύπελλο, το νερό και ο πάγος ζύγιζαν 110,4 g, τότε η μάζα των παγάκια ήταν 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Βρείτε τη λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης, Lf, σύμφωνα με το Lf = q ÷ m διαιρώντας τη θερμότητα, q, που απορροφάται από τον πάγο, όπως προσδιορίζεται στο βήμα 3, με τη μάζα του πάγου, m, που προσδιορίζεται στο βήμα 4. Σε αυτήν την περίπτωση, Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J / g. Συγκρίνετε το πειραματικό αποτέλεσμα με την αποδεκτή τιμή των 333,5 J / g.