איך עובד קלורימטר?

קלורימטר אולי נשמע כמו ציוד מדעי מהודר, אבל למעשה מדובר במכשיר פשוט מאוד למדידת חום שתוכלו להכין בבית באמצעות שתי כוסות קפה. משמש לעתים קרובות בניסויי פרויקטים מדעיים, והוא מודד את כמות החום המעורבת בתהליך כימי או פיזיקלי, כגון העברת חום או חום ספציפי של חומר.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

טמפרטורת הנוזל משתנה כאשר הוא צובר או מאבד אנרגיה. קלורימטר מודד את מסת הנוזל ואת שינוי הטמפרטורה של הנוזל כדי לקבוע את כמות האנרגיה שהנוזל צובר או אבד.

בקלורימטר יש שני כלים: כלי חיצוני וכלי פנימי. האוויר בין שני הכלים משמש כמבודד חום, כלומר אין חילופי חום (או מינימליים) בין מה שנמצא בתוך הכלי הפנימי לבין הסביבה החיצונית. בקלורימטרים המשמשים במעבדות מדע יש טבעת סיבים העשויה מחומר בידוד להחזקת הכלי הפנימי במרכז הכלי החיצוני. הם כוללים מדחום למדידת טמפרטורת הנוזל בכלי הפנימי ומערבל לערבוב הנוזל ולהפיץ חום בכל הכלי. קל להכין בבית קלורימטר עם כוסות פוליסטירן, כיסוי, מדחום ומערבב. עם זאת, קלורימטר "כוס קפה" מאפשר החלפת חום רבה יותר עם סביבתו ומייצר תוצאות פחות מדויקות.

אם תגובה אקסותרמית (תגובה כימית המשחררת אנרגיה על ידי אור או חום) מתרחשת בתמיסה בקלורימטר, הפתרון משתמש בחום, שמעלה את הטמפרטורה שלו. אם מתרחשת תגובה אנדותרמית (תגובה הסופגת אנרגיה מסביבתה), הפתרון מאבד חום, המוריד את הטמפרטורה שלו. ההבדל בטמפרטורה, יחד עם החום והמסה הספציפיים של התמיסה, מאפשרים לך להבין כמה חום התגובה משתמשת. לדוגמא, אם תניח חתיכת נחושת חמה בכמות מים קרירה בתוך קלורימטר, החום יזרום מהנחושת למים. הטמפרטורה של הנחושת תפחת, וטמפרטורת המים תעלה עד שתהיה להם אותה טמפרטורה (שיווי משקל תרמי). אינך צובר או מאבד חום במהלך התהליך מכיוון שהקלורימטר מאפשר לכל העברת חום להתרחש בין שני החומרים.

חום ספציפי הוא כמות האנרגיה הדרושה לייצור שינוי טמפרטורה של מעלה אחת צלזיוס לגרם חומר, והיא משתנה בין החומרים. לדוגמא, חום המים הספציפי הוא 1.00 קלוריות / גרם מעלות צלזיוס. כדי לקבוע את החום הספציפי של מתכת לא ידועה, הנח חתיכה מחוממת של המתכת במים בכלי הפנימי של הקלורימטר. לאחר שמדדתם את הטמפרטורה הסופית של המתכת והמים, כמו הטמפרטורה הגבוהה ביותר שהמים מגיעים אליה, תוכלו לחשב את החום הספציפי של המתכת. ראשית, הכפל את מסת המים בחום הספציפי של המים בשינוי הטמפרטורה של המים, ואז הכפל את מסת המתכת בשינוי הטמפרטורה של המתכת. חלק את התשובה הראשונה שלך בתשובה השנייה שלך כדי לבסס את החום הספציפי של המתכת.