Εξηγήστε πώς καθορίζεται η συγκεκριμένη θερμότητα μιας ουσίας;
1. Ρύθμιση:
* θερμίδες: Ένα καλά μονωμένο δοχείο (όπως ένα κύπελλο Styrofoam) που εμποδίζει την ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον.
* Θερμόμετρο: Για να μετρήσετε τις αλλαγές της θερμοκρασίας.
* Στοιχείο θέρμανσης: Μια συσκευή για να προσθέσετε μια γνωστή ποσότητα θερμότητας στην ουσία (π.χ. θερμαντήρας, καυστήρα ή αντίδραση).
* ουσία: Το υλικό του οποίου η συγκεκριμένη θερμότητα θέλετε να βρείτε.
* γνωστή μάζα νερού: Το νερό χρησιμοποιείται συχνά ως ουσία αναφοράς λόγω της σαφώς καθορισμένης ειδικής θερμότητας.
2. Διαδικασία:
* Μετρήστε τη μάζα της ουσίας: Πρέπει να γνωρίζετε τη μάζα της ουσίας που δοκιμάζετε.
* Μετρήστε την αρχική θερμοκρασία της ουσίας: Καταγράψτε τη θερμοκρασία εκκίνησης της ουσίας στο θερμιδόμετρο.
* Προσθέστε μια γνωστή ποσότητα θερμότητας στην ουσία: Αυτό γίνεται συνήθως με τη θέρμανση της ουσίας απευθείας ή με την προσθήκη μιας γνωστής μάζας ζεστού νερού με μετρούμενη θερμοκρασία.
* Μετρήστε την τελική θερμοκρασία της ουσίας: Καταγράψτε τη θερμοκρασία μετά την προσθήκη της θερμότητας και το σύστημα φτάνει στην ισορροπία.
* Μετρήστε την αλλαγή θερμοκρασίας του νερού (εάν ισχύει): Εάν χρησιμοποιήσατε ζεστό νερό για να προσθέσετε θερμότητα, μετρήστε επίσης την αλλαγή της θερμοκρασίας.
3. Υπολογισμός:
* Υπολογίστε τη θερμότητα που απορροφάται από την ουσία (q): Αυτό μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
* Q =m * c * Δt
* Q =Η θερμική ενέργεια (στο Joules, J)
* m =μάζα της ουσίας (σε γραμμάρια, g)
* C =Ειδική θερμική χωρητικότητα (σε joules ανά γραμμάριο ανά βαθμό Κελσίου, J/G ° C)
* Δt =αλλαγή της θερμοκρασίας (σε βαθμούς Κελσίου, ° C)
* Υπολογίστε τη θερμότητα που απελευθερώνεται από το ζεστό νερό (αν υπάρχει): Χρησιμοποιήστε τον ίδιο τύπο όπως παραπάνω, αλλά αντικαταστήστε τη μάζα, τη συγκεκριμένη θερμότητα και τη θερμοκρασία της νερού.
* Εξισορρόπηση της θερμότητας που απορροφάται από την ουσία στη θερμότητα που απελευθερώνεται από το ζεστό νερό (αν υπάρχει): Αυτό εξασφαλίζει ότι η συνολική ενέργεια στο σύστημα παραμένει σταθερή.
* Επίλυση για τη συγκεκριμένη θερμότητα (c): Αναδιατάξτε την εξίσωση για να απομονώσετε τη συγκεκριμένη θερμική ικανότητα, c.
4. Αποτέλεσμα:
Η υπολογιζόμενη τιμή του C είναι η ειδική θερμότητα της ουσίας σε μονάδες joules ανά γραμμάριο ανά βαθμό Κελσίου (J/G ° C).
Παράδειγμα:
Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να βρείτε τη συγκεκριμένη θερμότητα ενός μεταλλικού δείγματος. Τοποθετείτε 50 γραμμάρια του μετάλλου σε θερμιδόμετρο και θερμαίνετε το με 100 γραμμάρια νερού αρχικά στους 80 ° C. Το νερό ψύχεται στους 60 ° C και η θερμοκρασία του μετάλλου αυξάνεται από 20 ° C σε 40 ° C.
1. Θερμότητα που απορροφάται από μέταλλο:
* Q =50 g * c * (40 ° C - 20 ° C) =1000C J
2. Θερμότητα που απελευθερώνεται από νερό:
* Q =100 g * 4.18 J/G ° C * (80 ° C - 60 ° C) =8360 J
3. Εξισορρόπηση της θερμότητας:
* 1000C J =8360 J
4. Επίλυση για συγκεκριμένη θερμότητα:
* C =8360 J / 1000 G =8.36 J / G ° C
Επομένως, η ειδική θερμότητα του μεταλλικού δείγματος είναι 8.36 J/G ° C.
Σημαντικές σημειώσεις:
* Η θερμιδομετρία είναι ένα απλοποιημένο μοντέλο και οι μετρήσεις του πραγματικού κόσμου μπορούν να επηρεαστούν από παράγοντες όπως οι απώλειες θερμότητας στο περιβάλλον.
* Είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι το θερμιδόμετρο είναι καλά μονωμένο για να ελαχιστοποιηθεί η απώλεια θερμότητας.
* Η ειδική θερμότητα μιας ουσίας μπορεί να ποικίλει ελαφρώς ανάλογα με τη φάση (στερεό, υγρό, αέριο) και θερμοκρασία.
