แคลอรีมิเตอร์วัดความร้อนของปฏิกิริยาเคมีหรือการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น น้ำแข็งละลายเป็นน้ำของเหลว ความร้อนของปฏิกิริยามีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีและคาดการณ์ว่าปฏิกิริยาประเภทใดจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แคลอรีมิเตอร์พื้นฐานสร้างได้ง่ายมาก สิ่งที่คุณต้องมีคือถ้วยกาแฟโฟม ฝาปิด และเทอร์โมมิเตอร์ ก่อนใช้แคลอรีมิเตอร์ คุณต้องสอบเทียบและกำหนดค่าคงที่ของแคลอรีมิเตอร์ หากต้องการค้นหาค่าคงที่ของแคลอรีมิเตอร์สำหรับอุปกรณ์ของคุณ ให้ทำตามขั้นตอนด้านล่าง
สวมเสื้อกาวน์ แว่นตา และถุงมือ
ประกอบแคลอรีมิเตอร์ของถ้วยกาแฟโดยใส่ถ้วยกาแฟสไตโรโฟมลงในอีกอันแล้วปิดฝา อาจดูเรียบง่าย แต่ถ้าปรับเทียบอย่างถูกต้อง เครื่องวัดปริมาณความร้อนในถ้วยกาแฟนี้จะมีประโยชน์อย่างน่าประหลาดใจในการค้นหาความร้อนของปฏิกิริยา
ตวงน้ำเย็นประมาณ 50 มล. โดยใช้กระบอกสูบไล่ระดับ ไม่จำเป็นต้องมีความแม่นยำในขั้นตอนนี้
วัดน้ำหนักของแคลอรีมิเตอร์ถ้วยกาแฟเปล่าของคุณให้ใกล้เคียงที่สุด 0.01 กรัม (หรือใกล้เคียงที่สุดเท่าที่จะทำได้) ตอนนี้ เติมน้ำเย็น 50 มล. ใส่ฝากลับเข้าที่และชั่งน้ำหนักแคลอรีมิเตอร์อีกครั้ง ความแตกต่างระหว่างน้ำหนักเปล่าและน้ำหนักเต็มคือน้ำหนักของน้ำเย็น บันทึกค่านี้ (ถึง 0.01 กรัมที่ใกล้ที่สุด)
ชั่งน้ำหนักบีกเกอร์และบันทึกน้ำหนัก (ให้ใกล้ที่สุด 0.01 กรัม) เติมน้ำประมาณ 50 มล. และชั่งบีกเกอร์อีกครั้ง ความแตกต่างระหว่างน้ำหนักเปล่าและน้ำหนักเต็มคือน้ำหนักของน้ำร้อน บันทึกค่านี้ (ถึง 0.01 กรัมที่ใกล้ที่สุด)
ใช้ขาตั้งแหวนและแคลมป์ยึดบีกเกอร์ให้แน่นเพื่อให้มันยืนบนตาข่ายลวดตาข่ายเหนือเตาแผดเผา ตาข่ายลวดตาข่ายป้องกันไม่ให้เปลวไฟสัมผัสกับกระจกโดยตรง วางเทอร์โมมิเตอร์หนึ่งในสองอันไว้ในบีกเกอร์และยึดให้แน่นโดยใช้แคลมป์ให้แขวนอยู่ในน้ำ แต่อย่าแตะก้นบีกเกอร์
จุดไฟเผาแผดเผาและค่อยๆ ต้มน้ำร้อนให้ร้อนประมาณ 80 องศาเซลเซียส การให้ความร้อนช้าๆ ดีกว่าการให้ความร้อนเร็วเกินไปแล้วนำไปต้ม
ใส่เทอร์โมมิเตอร์ตัวที่สองเข้าไปในเครื่องวัดความร้อนผ่านฝา กวนน้ำในเครื่องวัดปริมาณความร้อนเป็นเวลาสี่นาที และบันทึกอุณหภูมิของน้ำในช่วงเวลาหนึ่งนาทีจนถึงค่า 0.1 องศาเซลเซียสที่ใกล้ที่สุด อุณหภูมิควรคงที่ไม่มากก็น้อย หากไม่เป็นเช่นนั้น ให้ปล่อยให้น้ำเย็นนั่งต่อไปอีกอย่างน้อยสองนาที
ก่อนนาทีที่ 5 ให้ปิดเตา Bunsen หากคุณยังไม่ได้ทำ และบันทึกอุณหภูมิของน้ำร้อนและน้ำเย็น เทน้ำร้อนทั้งหมดลงในแคลอริมิเตอร์อย่างรวดเร็วและอย่างระมัดระวัง จากนั้นปิดฝาแล้วกวนต่อด้วยเทอร์โมมิเตอร์อีกครั้ง
วัดและบันทึกอุณหภูมิในเครื่องวัดความร้อนในช่วงเวลา 30 วินาที จนกระทั่งเวลาผ่านไปทั้งหมดห้านาที
เปิด Excel หรือโปรแกรมสเปรดชีตอื่น ป้อนเวลาเป็นค่า X และอุณหภูมิเป็นค่า y แล้วสร้างกราฟข้อมูลของคุณ ใช้โปรแกรมสเปรดชีตเพื่อค้นหาบรรทัดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อมูลหลังจากเติมน้ำร้อน อย่ารวมจุดข้อมูลก่อนที่จะเติมน้ำร้อนในแนวที่เหมาะสมที่สุด เส้นแนวโน้มควรเป็นเส้นตรง
เขียนเส้นที่เหมาะสมที่สุดจากกราฟของคุณ เสียบปลั๊ก 5 นาทีสำหรับ x และคำนวณ y (อุณหภูมิประมาณการที่ 5 นาที) เราจะเรียกอุณหภูมิที่คาดการณ์ไว้นี้ว่า Tf
ลบ Tf ออกจากอุณหภูมิของน้ำร้อนก่อนที่คุณจะเพิ่มลงในเครื่องวัดปริมาณความร้อน สิ่งนี้จะทำให้คุณเปลี่ยนอุณหภูมิของน้ำร้อน Th. คูณ Th ด้วย 4.184 และมวลของน้ำร้อนเพื่อหาพลังงานที่น้ำร้อนสูญเสียไปเป็นจูล
ลบอุณหภูมิของน้ำเย็นจาก Tf; สิ่งนี้จะทำให้คุณ Tc การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำเย็น คูณด้วยมวลของน้ำเย็นและ 4.184 เพื่อหาปริมาณพลังงานที่ได้รับจากน้ำเย็นเป็นจูล
ลบพลังงานที่ได้จากน้ำเย็นออกจากพลังงานที่น้ำร้อนสูญเสียไป สิ่งนี้จะให้ปริมาณพลังงานที่แคลอรีมิเตอร์ได้รับ
แบ่งพลังงานที่ได้รับจากแคลอรีมิเตอร์โดย Tc (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำเย็น) คำตอบสุดท้ายนี้คือค่าคงที่ของแคลอรีมิเตอร์ของคุณ
สิ่งที่คุณต้องการ
- เครื่องวัดปริมาณความร้อนถ้วยกาแฟ
- เครื่องวัดอุณหภูมิ 2 เครื่อง
- เตาเผา
- ไฟแช็ก
- บีกเกอร์แห้ง 150 มล.
- มาตราส่วน
- กระบอกสำเร็จการศึกษา
- โปรแกรมสเปรดชีต เช่น Excel หรือ OpenOffice
- น้ำ
- ริงสแตนด์
- ที่หนีบ
- ลวดตาข่าย
- เครื่องคิดเลข
- เสื้อห้องปฏิบัติการ
- แว่นตากันลม
- ถุงมือ
เคล็ดลับ
ค่าคงที่ของแคลอรีมิเตอร์เป็นค่าลบไม่ได้ หากเป็น แสดงว่าคุณทำผิดพลาด... ลองทำการทดลองหลายครั้งและหาค่าเฉลี่ยผลลัพธ์ของการทดลองเหล่านั้นเพื่อลดข้อผิดพลาดของคุณ ความไม่แน่นอนในค่าเฉลี่ยสุดท้ายของคุณจะเป็นบวก/ลบ 2x ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน
คำเตือน
ใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างยิ่งเมื่อทำงานกับเปลวไฟ อย่าให้เส้นผม เสื้อผ้า หรือวัสดุติดไฟใดๆ เข้าใกล้ไฟ ดับเตาเมื่อไม่ใช้งานอีกต่อไป ระวังอย่างยิ่งเมื่อทำงานกับน้ำร้อน น้ำที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียสอาจทำให้เกิดแผลไหม้หรือน้ำร้อนลวกได้หากคุณทำหกใส่ผิวหนัง