„Căldura” reprezintă energia termică a moleculelor dintr-o substanță. Apa îngheață la 0 grade Celsius. Dar temperatura unui cub de gheață poate scădea cu mult sub aceasta. Când un cub de gheață este scos dintr-un congelator, temperatura cubului crește pe măsură ce absoarbe căldura din împrejurimile sale. Dar odată ce cubul de gheață atinge 0 C, începe să se topească și temperatura acestuia rămâne la 0 pe tot parcursul procesului de topire, chiar dacă cubul de gheață continuă să absoarbă căldura. Acest lucru se întâmplă deoarece energia termică absorbită de cubul de gheață este consumată de moleculele de apă care se separă între ele în timpul topirii.
Cantitatea de căldură absorbită de un solid în timpul fazei sale de topire este cunoscută sub numele de căldură latentă de fuziune și este măsurată prin calorimetrie.
Așezați o cană goală din polistirol pe o balanță și înregistrați masa cupei goale în grame. Apoi umpleți ceașca cu aproximativ 100 de mililitri sau aproximativ 3,5 uncii de apă distilată. Puneți paharul umplut în balanță și înregistrați greutatea paharului și a apei împreună.
Așezați un termometru în apa din ceașcă, așteptați aproximativ 5 minute până când termometrul ajunge echilibru termic cu apa, apoi înregistrați temperatura apei ca inițială temperatura.
Așezați două sau trei cuburi de gheață pe un prosop de hârtie pentru a îndepărta orice apă lichidă de pe suprafața cuburilor, apoi transferați rapid cuburile în ceașca din polistiren. Folosiți termometrul pentru a amesteca ușor amestecul. Respectați citirea temperaturii de pe termometru. Ar trebui să înceapă să scadă aproape imediat. Continuați să amestecați și înregistrați cea mai scăzută temperatură indicată pe termometru înainte ca temperatura să înceapă să crească. Înregistrați această valoare ca „temperatura finală”.
Scoateți termometrul și readuceți din nou paharul din polistiren în balanță și înregistrați masa paharului, a apei și a gheaței topite împreună.
Determinați masa apei din cupă scăzând masa cupei goale din greutatea cupei și a apei împreună, așa cum este colectată la pasul 1. De exemplu, dacă cupa goală cântărea 3,1 grame și ceașca și apa cântăreau împreună 106,5 grame, atunci masa apei era de 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Calculați schimbarea de temperatură a apei scăzând temperatura inițială a apei din temperatura finală a apei. Astfel, dacă temperatura inițială a fost de 24,5 C și temperatura finală a fost de 19,2 C, atunci deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.
Calculați căldura, q, scoasă din apă conform ecuației q = mc (deltaT), unde m și deltaT reprezintă masa și temperatura schimbarea apei, respectiv, și c reprezintă capacitatea de căldură specifică a apei, sau 4.184 jouli pe gram pe grad Celsius, sau 4.187 J / g-C. Continuând exemplul de la pașii 1 și 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J / g-C * -5,3 C = -2293 J. Aceasta reprezintă căldura eliminată din apă, de unde și semnul său negativ. Conform legilor termodinamicii, acest lucru înseamnă că cuburile de gheață din apă au absorbit +2293 J de căldură.
Determinați masa cuburilor de gheață scăzând masa cupei și a apei din masa cupei, a apei și a cuburilor de gheață împreună. Dacă ceașca, apa și gheața cântăreau împreună 110,4 g, atunci masa cuburilor de gheață era de 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Găsiți căldura latentă de fuziune, Lf, în funcție de Lf = q ÷ m, împărțind căldura, q, absorbită de gheață, determinată în pasul 3, de masa de gheață, m, determinată în pasul 4. În acest caz, Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J / g. Comparați rezultatul experimental cu valoarea acceptată de 333,5 J / g.