Hvordan virker en kalorimeter?

En kalorimeter kan lyde som et fancy stykke videnskabeligt udstyr, men det er faktisk en meget simpel varmemåle, som du kan lave hjemme ved hjælp af to kaffekopper. Anvendes ofte i videnskabsprojekteksperimenter, det måler mængden af ​​varme, der er involveret i en kemisk eller fysisk proces, såsom varmeoverførsel eller specifik varme af et stof.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Væskens temperatur ændres, når den vinder eller taber energi. En kalorimeter måler væskens masse og temperaturændringen af ​​væsken for at bestemme mængden af ​​energi, der er opnået eller tabt af væsken.

Komponenter af en kalorimeter

En kalorimeter har to fartøjer: en ydre beholder og en indre beholder. Luften mellem de to skibe virker som en varmeisolator, hvilket betyder, at der ikke er nogen (eller minimal) varmeudveksling mellem, hvad der er inde i den indre beholder og udefra omgivelserne. Kalorimetre, der anvendes i science labs, har en fiberring lavet af isolerende materiale for at holde den indre beholder midt i den ydre beholder. De indbefatter et termometer til måling af væskens temperatur i den indre beholder og en omrører for at røre væsken og fordele varme gennem beholderen. Det er nemt at lave en kalorimeter hjemme med polystyrenkopper, et låg, et termometer og en omrører. Men en "kaffekop" kalorimeter tillader mere varmeveksling med omgivelserne og giver mindre præcise resultater.

Måling af varmeoverførsel

Hvis en eksoterm reaktion (en kemisk reaktion, der frigiver energi ved lys eller varme) sker i en opløsning i en kalorimeter, bruger opløsningen varme, hvilket øger temperaturen. Hvis en endoterm reaktion (en reaktion, som absorberer energi fra omgivelserne) opstår, taber opløsningen varme, hvilket sænker dens temperatur. Temperaturforskellen, sammen med den specifikke varme og masse af opløsningen, giver dig mulighed for at finde ud af, hvor meget varme reaktionen bruger. For eksempel, hvis du lægger et varmt stykke kobber i en kølig mængde vand i en kalorimeter, vil varmen strømme fra kobber til vandet. Kobberens temperatur vil falde, og vandets temperatur vil stige, indtil de har samme temperatur (termisk ligevægt). Du får ikke eller taber varme under processen, fordi kalorimeteret tillader al varmeoverførsel mellem de to stoffer.

Måling Specifik varme

Specifik varme er mængden af ​​energi, der er nødvendig for at producere en temperaturændring på 1 grad Celsius pr. gram stof, og det varierer mellem stoffer. For eksempel er den specifikke vandvarme 1,00 kalorie /gram grader Celsius. For at bestemme den specifikke varme i et ukendt metal, anbring et opvarmet stykke metal i vand i kalorimeterets indre beholder. Når du har målt den endelige temperatur for både metal og vand, som den højeste temperatur, der nås af vandet, kan du trække metalets specifikke varme ud. For det første multiplicere vandmassen ved den specifikke vandvarme ved temperaturændringen af ​​vand, og multiplicer derefter metalmassen ved temperaturændringen af ​​metal. Opdel dit første svar med dit andet svar for at fastslå metalets specifikke varme.