Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Συστατικά ενός θερμιδομέτρου
- Μετρήστε τη μεταφορά θερμότητας
- Μετρήσεις συγκεκριμένης θερμότητας
Ένα θερμιδόμετρο μπορεί να ακούγεται σαν ένα φανταστικό κομμάτι επιστημονικού εξοπλισμού, αλλά στην πραγματικότητα είναι μια πολύ απλή συσκευή μέτρησης της θερμοκρασίας που μπορείτε να φτιάξετε στο σπίτι χρησιμοποιώντας δύο φλιτζάνια καφέ. Συχνά χρησιμοποιείται σε πειράματα επιστημονικών έργων, μετράει την ποσότητα θερμότητας που εμπλέκεται σε μια χημική ή φυσική διεργασία, όπως η μεταφορά θερμότητας ή η ειδική θερμότητα μιας ουσίας.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Η θερμοκρασία του υγρού αλλάζει όταν κερδίζει ή χάνει ενέργεια. Ένα θερμιδόμετρο μετρά τη μάζα του υγρού και την αλλαγή θερμοκρασίας του υγρού για τον προσδιορισμό της ποσότητας ενέργειας που αποκτάται ή χάνεται από το υγρό.
Συστατικά ενός θερμιδομέτρου
Ένα θερμιδόμετρο έχει δύο δοχεία: ένα εξωτερικό δοχείο και ένα εσωτερικό δοχείο. Ο αέρας μεταξύ των δύο δοχείων ενεργεί ως θερμομονωτικός, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει (ή ελάχιστη) ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Τα θερμιδόμετρα που χρησιμοποιούνται στα επιστημονικά εργαστήρια έχουν δακτύλιο ινών κατασκευασμένο από μονωτικό υλικό για να συγκρατούν το εσωτερικό δοχείο στο κέντρο του εξωτερικού δοχείου. Περιλαμβάνουν ένα θερμόμετρο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του υγρού στο εσωτερικό δοχείο και έναν αναδευτήρα για την ανάδευση του υγρού και τη διανομή της θερμότητας σε όλο το δοχείο. Είναι εύκολο να φτιάξεις ένα θερμιδόμετρο στο σπίτι με κύπελλα από πολυστυρένιο, ένα κάλυμμα, ένα θερμόμετρο και έναν αναδευτήρα. Ωστόσο, ένα θερμιδόμετρο "φλιτζάνι καφέ" επιτρέπει περισσότερη ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον και παράγει λιγότερο ακριβή αποτελέσματα.
Μετρήστε τη μεταφορά θερμότητας
Αν μια εξωθερμική αντίδραση (μια χημική αντίδραση που απελευθερώνει ενέργεια από το φως ή τη θερμότητα) συμβαίνει σε μια λύση σε ένα θερμιδόμετρο, το διάλυμα χρησιμοποιεί θερμότητα, η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία του. Εάν συμβεί μια ενδοθερμική αντίδραση (μια αντίδραση που απορροφά ενέργεια από το περιβάλλον της), η λύση χάνει θερμότητα, η οποία μειώνει τη θερμοκρασία της. Η διαφορά στη θερμοκρασία, μαζί με τη συγκεκριμένη θερμότητα και μάζα της λύσης, σας επιτρέπει να υπολογίσετε πόση θερμότητα χρησιμοποιεί η αντίδραση. Για παράδειγμα, εάν τοποθετήσετε ένα ζεστό κομμάτι χαλκού σε μια δροσερή ποσότητα νερού μέσα σε ένα θερμιδόμετρο, η θερμότητα θα ρέει από το χαλκό στο νερό. Η θερμοκρασία του χαλκού μειώνεται και η θερμοκρασία του νερού θα αυξηθεί έως ότου υπάρξει η ίδια θερμοκρασία (θερμική ισορροπία). Δεν κερδίζετε ή χάνετε θερμότητα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας επειδή το θερμιδόμετρο επιτρέπει τη μεταβίβαση όλων των θερμότητας μεταξύ των δύο ουσιών.
Μετρήσεις συγκεκριμένης θερμότητας
Ειδική θερμότητα είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή θερμοκρασιακής μεταβολής 1 βαθμού Κελσίου ανά γραμμάριο ουσίας και ποικίλλει μεταξύ των ουσιών. Για παράδειγμα, η ειδική θερμότητα του νερού είναι 1,00 θερμίδες / γραμμάριους βαθμούς Κελσίου. Για να προσδιορίσετε τη συγκεκριμένη θερμότητα ενός άγνωστου μετάλλου, τοποθετήστε ένα θερμαινόμενο κομμάτι του μετάλλου στο νερό στο εσωτερικό δοχείο του θερμιδόμετρου. Μόλις μετρήσετε την τελική θερμοκρασία τόσο του μετάλλου όσο και του νερού, όπως είναι η υψηλότερη θερμοκρασία που φτάνει στο νερό, μπορείτε να επεξεργαστείτε τη συγκεκριμένη θερμότητα του μετάλλου. Πρώτον, πολλαπλασιάζετε τη μάζα του νερού με τη συγκεκριμένη θερμότητα του νερού από την αλλαγή θερμοκρασίας του νερού, στη συνέχεια πολλαπλασιάζετε τη μάζα του μετάλλου με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του μετάλλου. Χωρίστε την πρώτη απάντησή σας με τη δεύτερη απάντησή σας για να καθορίσετε τη συγκεκριμένη θερμότητα του μετάλλου.