Περιεχόμενο
Τα θερμιδόμετρα μετρούν τη θερμότητα μιας χημικής αντίδρασης ή μια φυσική αλλαγή όπως ο πάγος που τήκεται σε υγρό νερό. Η θερμότητα της αντίδρασης είναι σημαντική για την κατανόηση της θερμοδυναμικής των χημικών αντιδράσεων και για την πρόβλεψη του τι είδους αντιδράσεις θα πραγματοποιηθούν αυθόρμητα. Ένα βασικό θερμιδόμετρο είναι πολύ εύκολο να κατασκευαστεί - το μόνο που χρειάζεστε είναι ένα ζευγάρι φλιτζάνια καφέ Styrofoam, ένα καπάκι και ένα θερμόμετρο. Ωστόσο, πριν χρησιμοποιήσετε το θερμιδόμετρο σας, πρέπει να το βαθμονομήσετε και να καθορίσετε τη θερμιδομετρία του σταθερή. Για να βρείτε το θερμιδόμετρο σταθερό για τη συσκευή σας, ακολουθήστε τα βήματα που περιγράφονται παρακάτω.
Βάλτε στο εργαστήριο παλτό, γυαλιά και γάντια.
Συναρμολογήστε το θερμιδόμετρο καφέ φλιτζάνι εισάγοντας ένα φλιτζάνι καφέ Styrofoam στην άλλη και τοποθετώντας το καπάκι. Μπορεί να φανεί απλό, αλλά αν έχει βαθμονομηθεί σωστά, αυτό το θερμιδόμετρο καφέ-φλιτζάνι μπορεί να είναι εκπληκτικά χρήσιμο για την εξεύρεση θερμότητας αντίδρασης.
Μετρήστε περίπου 50 mL κρύου νερού χρησιμοποιώντας τον βαθμονομημένο κύλινδρο. Δεν χρειάζεται να είμαστε ακριβείς σε αυτό το στάδιο.
Μετρήστε το βάρος του άδειου θερμιδόμετρου καφέ-φλιτζανιού στο πλησιέστερο 0,01 γραμμάρια (ή όσο πιο κοντά μπορείτε να φτάσετε). Τώρα, προσθέστε τα 50 mL κρύου νερού, αντικαταστήστε το καπάκι και ζυγίστε ξανά το θερμιδόμετρο. Η διαφορά μεταξύ των κενών και των πλήρων βαρών είναι το βάρος του κρύου νερού. Καταγράψτε αυτήν την τιμή (με πλησιέστερο 0,01 γραμμάρια).
Ζυγίζεται το ποτήρι ζέσεως και καταγράφεται το βάρος του (με προσέγγιση 0,01 γραμμάρια). Προσθέστε περίπου 50 mL νερό και ζυγίστε ξανά το δοχείο. Η διαφορά μεταξύ των κενών και των πλήρων βαρών είναι το βάρος του ζεστού νερού. Καταγράψτε αυτήν την τιμή (με πλησιέστερο 0,01 γραμμάρια).
Χρησιμοποιώντας το δαχτυλίδι και το σφιγκτήρα, στερεώστε το ποτήρι έτσι ώστε να στέκεται στην κορυφή του πλέγματος καλωδίων πάνω από τον καυστήρα bunsen. Το πλέγμα των καλωδίων με πλέγμα εμποδίζει την άμεση επαφή της φλόγας με το γυαλί. Τοποθετήστε ένα από τα δύο θερμόμετρα στο ποτήρι και στερεώστε το χρησιμοποιώντας έναν σφιγκτήρα έτσι ώστε να αναρτάται στο νερό, αλλά δεν αγγίζει το κάτω μέρος του ποτηριού.
Φωτίστε τον καυστήρα bunsen και ζεστάνετε απαλά το ζεστό νερό στους περίπου 80 βαθμούς Κελσίου. Είναι προτιμότερο να το θερμαίνετε αργά αντί να το θερμαίνετε πάρα πολύ γρήγορα και να τον βράσετε.
Τοποθετήστε το δεύτερο θερμόμετρο στο θερμιδόμετρο μέσω του καπακιού. Ανακατέψτε το νερό μέσα στο θερμιδόμετρο για τέσσερα λεπτά και καταγράψτε τη θερμοκρασία του σε διαστήματα ενός λεπτού έως τους πλησιέστερους 0,1 βαθμούς C. Η θερμοκρασία πρέπει να παραμείνει περισσότερο ή λιγότερο σταθερή. αν δεν είναι, αφήστε το κρύο νερό να καθίσει για τουλάχιστον δύο λεπτά περισσότερο.
Λίγο πριν από το πέμπτο λεπτό, απενεργοποιήστε τον καυστήρα Bunsen εάν δεν το έχετε κάνει ήδη και καταγράψτε τη θερμοκρασία του ζεστού νερού και του κρύου νερού. Γυρίστε γρήγορα και προσεκτικά όλο το ζεστό νερό στο θερμιδόμετρο, στη συνέχεια, αντικαταστήστε το καπάκι και συνεχίστε την ανάδευση με το θερμόμετρο.
Μετρήστε και καταγράψτε τη θερμοκρασία στο θερμιδόμετρο σε διαστήματα 30 δευτερολέπτων έως ότου περάσουν συνολικά πέντε λεπτά.
Ανοίξτε το Excel ή άλλο πρόγραμμα υπολογιστικού φύλλου. Καταχωρίστε την ώρα ως τιμές Χ και τις θερμοκρασίες ως τις τιμές y και γράψτε τα δεδομένα σας. Χρησιμοποιήστε το πρόγραμμα υπολογιστικού φύλλου για να βρείτε μια γραμμή που ταιριάζει καλύτερα στα δεδομένα μετά την προσθήκη του ζεστού νερού. Μην συμπεριλάβετε τα σημεία δεδομένων από πριν προσθέσετε το ζεστό νερό στη γραμμή της καλύτερης σας τοποθέτησης. Η γραμμή τάσης πρέπει να είναι γραμμική.
Καταγράψτε τη γραμμή της καλύτερης προσαρμογής από το γράφημά σας. Συνδέστε 5 λεπτά για το x και υπολογίστε το y (η παραληφθείσα θερμοκρασία σε 5 λεπτά). Καλέστε καλά αυτή την παρεκβολή της θερμοκρασίας Tf.
Αφαιρέστε Tf από τη θερμοκρασία του ζεστού νερού λίγο πριν την προσθέσετε στο θερμιδόμετρο. Αυτό θα σας δώσει την αλλαγή στη θερμοκρασία του ζεστού νερού Th. Πολλαπλασιάστε Th από 4.184 και τη μάζα του ζεστού νερού για να μάθετε πόση ενέργεια χάνεται το ζεστό νερό στα joules.
Αφαιρέστε τη θερμοκρασία του κρύου νερού από την Tf. αυτό θα σας δώσει Tc, την αλλαγή θερμοκρασίας του κρύου νερού. Πολλαπλασιάστε με τη μάζα του κρύου νερού και 4.184 για να βρείτε την ποσότητα ενέργειας που αντλείται από το κρύο νερό σε joules.
Αφαιρέστε την ενέργεια που αντλείται από το κρύο νερό από την ενέργεια που χάνεται από το ζεστό νερό. Αυτό θα σας δώσει την ποσότητα ενέργειας που αποκτήθηκε από το θερμιδόμετρο.
Διαχωρίστε την ενέργεια που αποκτάται από το θερμιδόμετρο από την Tc (η αλλαγή θερμοκρασίας του κρύου νερού). Αυτή η τελική απάντηση είναι η σταθερά του θερμιδόμετρου σας.