Hoe de smeltwarmte van ijs te meten?

"Warmte" vertegenwoordigt de thermische energie van moleculen in een stof. Water bevriest bij 0 graden Celsius. Maar de temperatuur van een ijsblokje kan daar flink onder zakken. Wanneer een ijsblokje uit een vriezer wordt verwijderd, stijgt de temperatuur van het ijsblokje omdat het warmte uit de omgeving absorbeert. Maar zodra het ijsblokje 0 C bereikt, begint het te smelten en blijft de temperatuur tijdens het smeltproces op 0, ook al blijft het ijsblokje warmte absorberen. Dit gebeurt omdat de thermische energie die door het ijsblokje wordt geabsorbeerd, wordt verbruikt door watermoleculen die tijdens het smelten van elkaar scheiden.

De hoeveelheid warmte die wordt geabsorbeerd door een vaste stof tijdens zijn smeltfase staat bekend als de latente smeltwarmte en wordt gemeten via calorimetrie.

Plaats een lege piepschuimbeker op een balans en noteer de massa van de lege beker in grammen. Vul vervolgens de beker met ongeveer 100 milliliter, of ongeveer 3,5 ounce, gedestilleerd water. Zet de gevulde beker terug op de weegschaal en noteer het gewicht van de beker en het water samen.

Plaats een thermometer in het water in de beker, wacht ongeveer 5 minuten totdat de thermometer is aangeslagen thermisch evenwicht met het water, noteer vervolgens de temperatuur van het water als de initiële temperatuur.

Plaats twee of drie ijsblokjes op een papieren handdoek om vloeibaar water op de oppervlakken van de blokjes te verwijderen en breng de blokjes vervolgens snel over naar de piepschuimbeker. Gebruik de thermometer om het mengsel voorzichtig te roeren. Let op de temperatuuraflezing op de thermometer. Het zou bijna onmiddellijk moeten beginnen te dalen. Blijf roeren en noteer de laagste temperatuur aangegeven op de thermometer voordat de temperatuur begint te stijgen. Noteer deze waarde als de "eindtemperatuur".

Verwijder de thermometer en plaats de piepschuimbeker opnieuw op de weegschaal en noteer de massa van de beker, water en gesmolten ijs samen.

Bepaal de massa water in de beker door de massa van de lege beker af te trekken van het gewicht van de beker en het water samen, zoals verzameld in stap 1. Als de lege beker bijvoorbeeld 3,1 gram woog en de beker en het water samen 106,5 gram wogen, dan was de massa van het water 106,5 - 3,1 = 103,4 g.

Bereken de temperatuurverandering van het water door de initiële watertemperatuur af te trekken van de uiteindelijke watertemperatuur. Dus als de begintemperatuur 24,5 C was en de eindtemperatuur 19,2 C, dan is deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.

Bereken de warmte, q, verwijderd uit het water volgens de vergelijking q = mc (deltaT), waarbij m en deltaT de massa en temperatuur vertegenwoordigen verandering van het water, respectievelijk, en c staat voor de soortelijke warmtecapaciteit van water, of 4,184 joule per gram per graad Celsius, of 4,187 J/g-C. Voortzetting van het voorbeeld uit stap 1 en 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J/g-C * -5,3 C = -2293 J. Dit vertegenwoordigt de warmte die uit het water wordt verwijderd, vandaar het negatieve teken. Volgens de wetten van de thermodynamica betekent dit dat de ijsblokjes in het water +2293 J warmte absorbeerden.

Bepaal de massa van de ijsblokjes door de massa van de beker en het water af te trekken van de massa van de beker, water en ijsblokjes bij elkaar. Als de beker, het water en het ijs samen 110,4 g wogen, dan was de massa van de ijsblokjes 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.

Vind de latente smeltwarmte, Lf, volgens Lf = q ÷ m door de warmte, q, geabsorbeerd door het ijs, zoals bepaald in stap 3, te delen door de massa ijs, m, bepaald in stap 4. In dit geval is Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J/g. Vergelijk uw experimentele resultaat met de geaccepteerde waarde van 333,5 J/g.

  • Delen
instagram viewer