Περιεχόμενο
Η "θερμότητα" αντιπροσωπεύει τη θερμική ενέργεια των μορίων σε μια ουσία. Το νερό παγώνει στους 0 βαθμούς Κελσίου. Αλλά η θερμοκρασία ενός παγοκύβος μπορεί να πέσει κάτω από αυτό. Όταν αφαιρείται ένας παγοκύβος από έναν καταψύκτη, η θερμοκρασία των κύβων αυξάνει καθώς απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον του. Αλλά μόλις ο πάγος φτάσει στους 0 ° C, αρχίζει να λιώνει και η θερμοκρασία του παραμένει στο 0 καθ 'όλη τη διαδικασία τήξης, παρόλο που ο παγοκύβος συνεχίζει να απορροφά θερμότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή η θερμική ενέργεια που απορροφάται από το παγάκι καταναλώνεται από μόρια νερού που διαχωρίζονται το ένα από το άλλο κατά τη διάρκεια της τήξης.
Η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από ένα στερεό κατά τη φάση τήξης του είναι γνωστή ως η λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης και μετριέται με θερμιδομετρία.
Συλλογή δεδομένων
Τοποθετήστε ένα κενό φλιτζάνι Styrofoam σε μια ισορροπία και καταγράψτε τη μάζα του άδειου κυπέλλου σε γραμμάρια. Στη συνέχεια, γεμίστε το κύπελλο με περίπου 100 χιλιοστόλιτρα, ή περίπου 3,5 ουγγιές, απεσταγμένου νερού. Επιστρέψτε το γεμάτο κύπελλο στο υπόλοιπο και καταγράψτε το βάρος του κυπέλλου και του νερού μαζί.
Τοποθετήστε ένα θερμόμετρο στο νερό στο φλιτζάνι, περιμένετε περίπου 5 λεπτά για να φτάσει το θερμόμετρο σε θερμική ισορροπία με το νερό και, στη συνέχεια, καταγράψτε τη θερμοκρασία του νερού ως την αρχική θερμοκρασία.
Τοποθετήστε δύο ή τρεις κύβους πάγου σε μια χαρτοπετσέτα για να αφαιρέσετε οποιοδήποτε υγρό νερό στις επιφάνειες των κύβων και, στη συνέχεια, μεταφέρετε γρήγορα τους κύβους στο κύπελλο Styrofoam. Χρησιμοποιήστε το θερμόμετρο για να αναδεύσετε ήπια το μείγμα. Τηρήστε την ένδειξη θερμοκρασίας στο θερμόμετρο. Θα πρέπει να αρχίσει να πέφτει σχεδόν αμέσως. Συνεχίστε την ανάδευση και καταγράψτε τη χαμηλότερη θερμοκρασία που υποδεικνύεται στο θερμόμετρο πριν αρχίσει να αυξάνεται η θερμοκρασία. Καταγράψτε αυτήν την τιμή ως "τελική θερμοκρασία".
Αφαιρέστε το θερμόμετρο και επαναφέρετε ξανά το δοχείο Styrofoam στην ισορροπία και καταγράψτε μαζί τη μάζα του κυπέλλου, του νερού και του λιωμένου πάγου.
Υπολογισμοί
Προσδιορίστε τη μάζα του νερού στο κύπελλο, αφαιρώντας τη μάζα του άδειου κυπέλλου από το βάρος του κυπέλλου και του νερού μαζί, όπως συλλέγεται στο βήμα 1. Για παράδειγμα, εάν το κενό κύπελλο ζυγίζει 3,1 γραμμάρια και το κύπελλο και το νερό μαζί ζυγίζονται 106,5 γραμμάρια, τότε η μάζα του νερού ήταν 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Υπολογίστε την αλλαγή θερμοκρασίας του νερού αφαιρώντας την αρχική θερμοκρασία του νερού από την τελική θερμοκρασία του νερού. Έτσι, εάν η αρχική θερμοκρασία ήταν 24,5 ° C και η τελική θερμοκρασία ήταν 19,2 ° C, τότε δ = 19,2-24,5 = -5,3 ° C.
Υπολογίστε τη θερμότητα q, που αφαιρείται από το νερό σύμφωνα με την εξίσωση q = mc (deltaT), όπου m και deltaT αντιπροσωπεύουν τη μεταβολή της μάζας και της θερμοκρασίας του νερού, αντίστοιχα και το c αντιπροσωπεύει την ειδική θερμική ικανότητα του νερού ή 4.184 joules ανά γραμμάριο ανά βαθμό Κελσίου, ή 4.187 J / gC. Συνεχίζοντας το παράδειγμα από τα βήματα 1 και 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J / g-C * -5,3 C = -2293 J. Αυτό αντιπροσωπεύει τη θερμότητα που απομακρύνεται από το νερό, Με τους νόμους της θερμοδυναμικής, αυτό σημαίνει ότι οι κύβοι πάγου στο νερό απορροφούν θερμότητα +2293 J.
Προσδιορίστε τη μάζα των παγοσωμάτων αφαιρώντας τη μάζα του κυπέλλου και του νερού από τη μάζα του κυπέλλου, του νερού και των παγοσωμάτων. Αν το κύπελλο, το νερό και ο πάγος μαζί ζύγιζαν 110,4 g, τότε η μάζα των παγοσωμάτων ήταν 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Βλέπετε τη λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης, Lf, σύμφωνα με το Lf = q ÷ m διαιρώντας τη θερμότητα q, που απορροφάται από τον πάγο, όπως προσδιορίστηκε στο βήμα 3, με τη μάζα πάγου m που προσδιορίζεται στο βήμα 4. Στην περίπτωση αυτή , Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J / g. Συγκρίνετε το πειραματικό σας αποτέλεσμα με την αποδεκτή τιμή των 333,5 J / g.