Kaip veikia kalorimetras?

Kalorimetras gali skambėti kaip įmantri mokslo įranga, tačiau iš tikrųjų tai labai paprastas šilumos matavimo prietaisas, kurį galite pasigaminti namuose naudodami du kavos puodelius. Dažnai naudojamas mokslo projektų eksperimentuose matuojamas šilumos kiekis, susijęs su cheminiu ar fiziniu procesu, pavyzdžiui, šilumos perdavimas ar specifinė medžiagos šiluma.

TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)

Skysčio temperatūra pasikeičia, kai jis gauna ar praranda energiją. Kalorimetras matuoja skysčio masę ir skysčio temperatūros pokyčius, kad nustatytų skysčio gautą ar prarastą energijos kiekį.

Kalorimetras turi du indus: išorinį indą ir vidinį indą. Oras tarp dviejų indų veikia kaip šilumos izoliatorius, o tai reiškia, kad tarp to, kas yra vidinio indo viduje, ir išorinės aplinkos šilumos mainai nevyksta (arba yra minimalūs). Mokslo laboratorijose naudojami kalorimetrai turi pluošto žiedą, pagamintą iš izoliacinės medžiagos, kad vidinis indas būtų laikomas išorinio indo centre. Juose yra termometras skysčio temperatūrai vidiniame inde matuoti ir maišytuvas skysčiui maišyti ir šilumai paskirstyti visame inde. Namuose lengva pagaminti kalorimetrą su polistireniniais puodeliais, dangteliu, termometru ir maišytuvu. Tačiau „kavos puodelio“ kalorimetras leidžia labiau pasikeisti šiluma su aplinka ir duoda ne tokius tikslius rezultatus.

Jei kalorimetro tirpale įvyksta egzoterminė reakcija (cheminė reakcija, išskirianti energiją šviesa ar šiluma), tirpalas naudoja šilumą, kuri pakelia jo temperatūrą. Jei įvyksta endoterminė reakcija (reakcija, sugerianti energiją iš aplinkos), tirpalas praranda šilumą, o tai sumažina jo temperatūrą. Temperatūros skirtumas kartu su specifine tirpalo šiluma ir mase leidžia išsiaiškinti, kiek šilumos sunaudoja reakcija. Pvz., Jei karštą vario gabalėlį įdėsite į vėsų kiekį kalorimetro, šiluma tekės iš vario į vandenį. Vario temperatūra sumažės, o vandens temperatūra pakils, kol jų temperatūra bus vienoda (šiluminė pusiausvyra). Proceso metu jūs negaunate ir neprarandate šilumos, nes kalorimetras leidžia visam šilumos perdavimui tarp dviejų medžiagų.

Specifinė šiluma yra energijos kiekis, reikalingas 1 laipsnio Celsijaus temperatūros pokyčiui grame medžiagos, ir jis skiriasi priklausomai nuo medžiagų. Pavyzdžiui, savitoji vandens šiluma yra 1,00 kalorijos / gramas Celsijaus laipsnių. Norėdami nustatyti specifinę nežinomo metalo šilumą, į vidinį kalorimetro indą įdėkite įkaitintą metalo gabalėlį į vandenį. Išmatavę galutinę metalo ir vandens temperatūrą, pvz., Aukščiausią vandens pasiekiamą temperatūrą, galite apskaičiuoti specifinę metalo šilumą. Pirmiausia vandens masę padauginkite iš specifinės vandens šilumos iš vandens temperatūros pokyčio, tada padauginkite metalo masę iš metalo temperatūros pokyčio. Padalinkite savo pirmąjį atsakymą iš antrojo, kad nustatytumėte specifinę metalo šilumą.