Il “calore” rappresenta l'energia termica delle molecole in una sostanza. L'acqua si congela a 0 gradi Celsius. Ma la temperatura di un cubetto di ghiaccio può scendere ben al di sotto. Quando un cubetto di ghiaccio viene rimosso da un congelatore, la temperatura del cubo aumenta poiché assorbe calore dall'ambiente circostante. Ma una volta che il cubetto di ghiaccio raggiunge 0 C, inizia a sciogliersi e la sua temperatura rimane a 0 durante il processo di fusione, anche se il cubetto di ghiaccio continua ad assorbire calore. Ciò si verifica perché l'energia termica assorbita dal cubetto di ghiaccio viene consumata dalle molecole d'acqua che si separano l'una dall'altra durante la fusione.
La quantità di calore assorbita da un solido durante la sua fase di fusione è nota come calore latente di fusione e viene misurata tramite calorimetria.
Metti una tazza vuota di polistirolo su una bilancia e registra la massa della tazza vuota in grammi. Quindi riempire la tazza con circa 100 millilitri, o circa 3,5 once, di acqua distillata. Riportare la tazza piena sulla bilancia e registrare insieme il peso della tazza e dell'acqua.
Metti un termometro nell'acqua nella tazza, aspetta circa 5 minuti che il termometro arrivi a equilibrio termico con l'acqua, quindi registrare la temperatura dell'acqua come iniziale temperatura.
Metti due o tre cubetti di ghiaccio su un tovagliolo di carta per rimuovere l'eventuale acqua liquida sulla superficie dei cubetti, quindi trasferisci rapidamente i cubetti nella tazza di polistirolo. Usa il termometro per mescolare delicatamente la miscela. Osservare la lettura della temperatura sul termometro. Dovrebbe iniziare a diminuire quasi immediatamente. Continuare a mescolare e registrare la temperatura più bassa indicata sul termometro prima che la temperatura inizi a salire. Registrare questo valore come "temperatura finale".
Rimuovere il termometro e riportare la tazza di polistirolo ancora una volta sulla bilancia e registrare insieme la massa della tazza, l'acqua e il ghiaccio fuso.
Determinare la massa d'acqua nella tazza sottraendo la massa della tazza vuota dal peso della tazza e dell'acqua insieme, come raccolto nel passaggio 1. Ad esempio, se la tazza vuota pesava 3,1 grammi e la tazza e l'acqua insieme pesavano 106,5 grammi, la massa dell'acqua era 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Calcolare la variazione di temperatura dell'acqua sottraendo la temperatura dell'acqua iniziale dalla temperatura dell'acqua finale. Quindi, se la temperatura iniziale era 24,5 C e la temperatura finale era 19,2 C, allora deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.
Calcolare il calore, q, sottratto all'acqua secondo l'equazione q = mc (deltaT), dove m e deltaT rappresentano la massa e la temperatura cambio dell'acqua, rispettivamente, e c rappresenta la capacità termica specifica dell'acqua, o 4,184 joule per grammo per grado Celsius, o 4,187 J/g-C. Continuando l'esempio dai passaggi 1 e 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J/g-C * -5,3 C = -2293 J. Rappresenta il calore sottratto all'acqua, da cui il suo segno negativo. Per le leggi della termodinamica, ciò significa che i cubetti di ghiaccio nell'acqua hanno assorbito +2293 J di calore.
Determinare la massa dei cubetti di ghiaccio sottraendo la massa della tazza e dell'acqua dalla massa della tazza, dell'acqua e dei cubetti di ghiaccio insieme. Se la tazza, l'acqua e il ghiaccio insieme pesavano 110,4 g, la massa dei cubetti di ghiaccio era 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Trovare il calore latente di fusione, Lf, secondo Lf = q ÷ m dividendo il calore, q, assorbito dal ghiaccio, come determinato al punto 3, per la massa del ghiaccio, m, determinata al punto 4. In questo caso Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J/g. Confronta il tuo risultato sperimentale con il valore accettato di 333,5 J/g.