Kalorymetr może brzmieć jak wymyślny sprzęt naukowy, ale w rzeczywistości jest to bardzo proste urządzenie do pomiaru ciepła, które można zrobić w domu przy użyciu dwóch filiżanek do kawy. Często używany w eksperymentach naukowych, mierzy ilość ciepła zaangażowanego w proces chemiczny lub fizyczny, taki jak przenoszenie ciepła lub ciepło właściwe substancji.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Temperatura cieczy zmienia się, gdy zyskuje lub traci energię. Kalorymetr mierzy masę cieczy i zmianę temperatury cieczy, aby określić ilość energii pozyskiwanej lub traconej przez ciecz.
Składniki kalorymetru
Kalorymetr ma dwa naczynia: naczynie zewnętrzne i naczynie wewnętrzne. Powietrze między dwoma naczyniami działa jak izolator ciepła, co oznacza, że nie ma (lub jest minimalna) wymiana ciepła między tym, co znajduje się w naczyniu wewnętrznym, a środowiskiem zewnętrznym. Kalorymetry używane w laboratoriach naukowych mają pierścień z włókna wykonany z materiału izolacyjnego, który utrzymuje naczynie wewnętrzne w środku naczynia zewnętrznego. Zawierają termometr do pomiaru temperatury cieczy w naczyniu wewnętrznym oraz mieszadło do mieszania cieczy i rozprowadzania ciepła w naczyniu. Kalorymetr można łatwo wykonać w domu za pomocą styropianowych kubków, pokrowca, termometru i mieszadła. Jednak kalorymetr „kubek do kawy” umożliwia lepszą wymianę ciepła z otoczeniem i daje mniej dokładne wyniki.
Pomiar transferu ciepła
Jeśli w kalorymetrze zachodzi reakcja egzotermiczna (reakcja chemiczna uwalniająca energię przez światło lub ciepło), roztwór wykorzystuje ciepło, które podnosi jego temperaturę. Jeśli dojdzie do reakcji endotermicznej (reakcji, która pochłania energię z otoczenia), roztwór traci ciepło, co obniża jego temperaturę. Różnica temperatur wraz z ciepłem właściwym i masą roztworu pozwala obliczyć, ile ciepła zużywa reakcja. Na przykład, jeśli umieścisz gorący kawałek miedzi w chłodnej ilości wody w kalorymetrze, ciepło przepłynie z miedzi do wody. Temperatura miedzi obniży się, a temperatura wody wzrośnie aż do osiągnięcia tej samej temperatury (równowagi termicznej). Podczas procesu nie zyskujesz ani nie tracisz ciepła, ponieważ kalorymetr umożliwia przenoszenie całego ciepła między dwiema substancjami.
Pomiar ciepła właściwego
Ciepło właściwe to ilość energii niezbędna do wytworzenia zmiany temperatury o 1 stopień Celsjusza na gram substancji, która różni się w zależności od substancji. Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 1,00 kalorii/gram stopni Celsjusza. Aby określić ciepło właściwe nieznanego metalu, umieść podgrzany kawałek metalu w wodzie w wewnętrznym naczyniu kalorymetru. Po zmierzeniu końcowej temperatury metalu i wody, takiej jak najwyższa temperatura osiągnięta przez wodę, można obliczyć ciepło właściwe metalu. Najpierw pomnóż masę wody przez ciepło właściwe wody przez zmianę temperatury wody, a następnie pomnóż masę metalu przez zmianę temperatury metalu. Podziel pierwszą odpowiedź przez drugą, aby ustalić ciepło właściwe metalu.
