Sådan beregnes kalorimeterkonstanten:En trin-for-trin vejledning

Billedkredit:jakethesnake/iStock/GettyImages

Nøjagtige varmeoverførselseksperimenter afhænger af et velkalibreret kalorimeter. Uanset om du bruger en simpel Styrofoam-kop eller en sofistikeret, eksplosionssikker beholder, absorberer beholderen en del af den varme, der frigives eller absorberes under en reaktion. Ved at bestemme kalorimeterkonstanten – den mængde energi, der skal til for at hæve kalorimeterets temperatur med 1°C – kan du korrigere for dette tab og måle den specifikke varme fra ukendte stoffer med sikkerhed.

Beregning af kalorimeterkonstanten

Den mest pålidelige kalibreringsmetode involverer at blande to lige store masser af vand ved forskellige temperaturer inde i kalorimeteret og registrere ligevægtstemperaturen. Vands specifikke varme (C_s ) er 1calg⁻¹°C⁻¹ (4.186Jg⁻¹°C⁻¹), hvilket gør det til en ideel kalibreringsvæske.

Lad en kendt masse varmt vand (m₁ ) hældes i et kalorimeter, der allerede indeholder en kendt masse koldt vand (m₂ ). Mål starttemperaturerne T₁ og T₂ , vent derefter på, at blandingen når ligevægtstemperaturen T_E . Temperaturændringerne er ΔT₁ =T_E  – T₁ og AT₂ =T_E  – T₂ (bemærk at ΔT₂ er positivt, fordi det kolde vand varmer).

Varmen tabt af det varme vand er q₁  = m₁ C_s ΔT₁ , mens varmen fra det kolde vand er q₂  = m₂ C_s ΔT₂ . Forskellen, q₁  – q₂ , er den varme, der absorberes af kalorimeteret:

q_abs  = (m₁ C_s ΔT₁ ) – (m₂ C_s ΔT₂ )

Fordi kalorimeterets temperaturstigning er lig med ΔT₂ , dens varmekapacitet (kalorimeterkonstanten, cc) er:

cc = q_abs  ÷ ΔT₂  = C_s (m₁ ΔT₁  + m₂ ΔT₂ ) ÷ ΔT₂  cal g⁻¹ °C⁻¹

Måling af specifik varme af et ukendt stof

Med kendt cc kan du bestemme den specifikke varme af ethvert materiale. Opvarm en kendt masse af stoffet (m₁ ) til temperatur T₁ og placer det i kalorimeteret, der indeholder en lige stor masse (m₂ ) ved en køligere temperatur T₂ . Efter at systemet har nået ligevægt ved T_E , beregn ΔT₁  = T_E  – T₁ og AT₂  = T_E  – T₂ .

Omlægning af energibalancen giver stoffets specifikke varme:

C_s  = (cc × ΔT₂ ) ÷ (m₁ ΔT₁  + m₂ ΔT₂ ) kal g⁻¹ °C⁻¹

Konvertering til joule er ligetil:gange resultatet med 4,186 Jcal⁻¹.