氷の融解熱を測定する方法

「熱」は、物質内の分子の熱エネルギーを表します。 水は摂氏0度で凍結します。 しかし、角氷の温度はそれをはるかに下回る可能性があります。 角氷を冷凍庫から取り出すと、周囲から熱を吸収して角氷の温度が上昇します。 しかし、角氷が0℃に達すると、角氷は溶け始め、角氷が熱を吸収し続けても、溶けるプロセス全体を通してその温度は0のままになります。 これは、角氷によって吸収された熱エネルギーが、融解中に互いに分離する水分子によって消費されるために発生します。

固体が融解段階で吸収する熱量は、融解潜熱と呼ばれ、熱量測定によって測定されます。

空の発泡スチロールのカップを天びんに置き、空のカップの質量をグラムで記録します。 次に、カップに約100ミリリットル(約3.5オンス)の蒸留水を入れます。 満たされたカップを天びんに戻し、カップと水の重量を一緒に記録します。

カップの水に温度計を置き、温度計が来るまで約5分待ちます 水との熱平衡、次に水の温度を初期値として記録します 温度。

ペーパータオルの上に2つまたは3つの角氷を置き、角氷の表面にある液体の水を取り除き、すぐに角氷を発泡スチロールのカップに移します。 温度計を使用して、混合物を静かにかき混ぜます。 温度計の温度測定値を観察します。 それはほとんどすぐに落ち始めるはずです。 温度が上昇し始める前に、攪拌を続け、温度計に示されている最低温度を記録します。 この値を「最終温度」として記録します。

温度計を取り外し、発泡スチロールのカップをもう一度天びんに戻し、カップ、水、溶けた氷の質量を一緒に記録します。

手順1で収集したように、カップと水の重量から空のカップの質量を差し引いて、カップ内の水の質量を決定します。 たとえば、空のカップの重さが3.1グラムで、カップと水を合わせた重さが106.5グラムの場合、水の質量は106.5-3.1 = 103.4gでした。

最終水温から初期水温を引いて、水の温度変化を計算します。 したがって、初期温度が24.5 Cで、最終温度が19.2 Cの場合、deltaT = 19.2-24.5 = -5.3Cになります。

式q = mc(deltaT)に従って、水から除去される熱qを計算します。ここで、mとdeltaTは質量と温度を表します。 それぞれ水の変化。cは水の比熱容量、つまり摂氏1グラムあたり4.184ジュール、つまり4.187を表します。 J / g-C。 手順1と2の例を続けると、q = ms(deltaT)= 103.4 g * 4.184 J / g-C * -5.3 C = -2293J。 これは水から除去された熱を表し、したがってその負の符号を表します。 熱力学の法則によれば、これは水中の角氷が+ 2293Jの熱を吸収したことを意味します。

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カップ、水、角氷の質量からカップと水の質量を差し引いて、角氷の質量を決定します。 カップ、水、氷を合わせた重量が110.4 gの場合、角氷の質量は110.4 g〜103.4 g = 7.0gでした。

ステップ3で決定された氷によって吸収された熱qを、ステップ4で決定された氷の質量mで割ることにより、Lf = q÷mに従って融解潜熱Lfを求めます。 この場合、Lf = q / m = 2293J÷7.0g = 328 J / gです。 実験結果を333.5J / gの許容値と比較します。

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