Ako funguje kalorimeter?

Kalorimeter môže znieť ako luxusné vedecké vybavenie, ale je to vlastne veľmi jednoduché zariadenie na meranie tepla, ktoré si môžete vyrobiť doma pomocou dvoch šálok na kávu. Často sa používa v experimentoch vedeckých projektov, pomocou ktorých sa meria množstvo tepla obsiahnutého v chemickom alebo fyzikálnom procese, ako je prenos tepla alebo špecifické teplo látky.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Teplota kvapaliny sa mení, keď získava alebo stráca energiu. Kalorimeter meria hmotnosť kvapaliny a zmenu teploty kvapaliny na určenie množstva energie získanej alebo stratenej kvapalinou.

Kalorimeter má dve nádoby: vonkajšiu nádobu a vnútornú nádobu. Vzduch medzi dvoma nádobami funguje ako tepelný izolátor, čo znamená, že medzi tým, čo je vo vnútri vnútornej nádoby, a vonkajším prostredím nedochádza k žiadnej (alebo minimálnej) výmene tepla. Kalorimetre používané vo vedeckých laboratóriách majú vláknový krúžok vyrobený z izolačného materiálu, ktorý drží vnútornú nádobu v strede vonkajšej nádoby. Zahŕňajú teplomer na meranie teploty kvapaliny vo vnútornej nádobe a miešadlo na miešanie kvapaliny a distribúciu tepla po celej nádobe. Je ľahké vyrobiť si doma kalorimeter s polystyrénovými kalíškami, krytom, teplomerom a miešadlom. Kalorimeter „šálka kávy“ však umožňuje viac výmeny tepla s okolím a prináša menej presné výsledky.

Ak v roztoku v kalorimetri dôjde k exotermickej reakcii (chemická reakcia, pri ktorej sa uvoľňuje energia svetlom alebo teplom), použije roztok teplo, ktoré zvyšuje jeho teplotu. Ak dôjde k endotermickej reakcii (reakcii, ktorá absorbuje energiu z okolia), roztok stratí teplo, ktoré zníži jeho teplotu. Rozdiel v teplote spolu s merným teplom a hmotnosťou roztoku vám umožní zistiť, koľko tepla reakcia využije. Napríklad, ak vložíte horúci kúsok medi do chladného množstva vody v rámci kalorimetra, bude teplo prúdiť z medi do vody. Teplota medi sa bude znižovať a teplota vody bude stúpať, až kým nebude mať rovnakú teplotu (tepelná rovnováha). Počas procesu nezískate ani nestratíte teplo, pretože kalorimeter umožňuje, aby došlo k prenosu všetkého tepla medzi týmito dvoma látkami.

Merné teplo je množstvo energie potrebné na dosiahnutie zmeny teploty o 1 stupeň Celzia na gram látky a medzi látkami sa líši. Napríklad merné teplo vody je 1,00 kalórie / gram stupňov Celzia. Na stanovenie špecifického tepla neznámeho kovu umiestnite zahriaty kúsok kovu do vody do vnútornej nádoby kalorimetra. Keď zmeriate konečnú teplotu kovu aj vody, napríklad najvyššiu teplotu dosiahnutú vodou, môžete vypočítať špecifické teplo kovu. Najskôr vynásobte hmotnosť vody špecifickým teplom vody zmenou teploty vody, potom vynásobte hmotnosť kovu zmenou teploty kovu. Svoju prvú odpoveď vydelíte druhou odpoveďou, aby ste určili špecifické teplo kovu.