Οι πιο συγκεκριμένες δυνατότητες θερμότητας βρίσκονται συνδυάζοντας μια ουσία με ένα άλλο γνωστό συνήθως νερό. Αλλά πώς οι χημικοί γνωρίζουν την ικανότητα του νερού στην πρώτη θέση;
1. Η αρχή:
* Διατήρηση ενέργειας: Η θεμελιώδης αρχή είναι η διατήρηση της ενέργειας. Όταν ένα καυτό αντικείμενο τοποθετείται σε επαφή με ένα ψυχρότερο, το θερμότερο αντικείμενο χάνει θερμότητα και το ψυχρότερο αντικείμενο το κερδίζει. Η συνολική ποσότητα ενέργειας παραμένει σταθερή.
* Μεταφορά θερμότητας: Η μεταφορά θερμότητας μεταξύ των δύο αντικειμένων είναι ανάλογη με την αλλαγή θερμοκρασίας και τη μάζα κάθε αντικειμένου. Αυτή η σχέση αντιπροσωπεύεται από την ακόλουθη εξίσωση:
q =mcΔt
Οπου:
* Q =Μεταφορά ενέργειας θερμότητας (σε joules)
* m =μάζα του αντικειμένου (σε γραμμάρια)
* C =Ειδική θερμική χωρητικότητα (σε J/G ° C)
* Δt =Αλλαγή της θερμοκρασίας (στον ° C)
2. Το θερμιδόμετρο:
* Ένα θερμιδόμετρο είναι μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να μετρήσει τις αλλαγές θερμότητας. Ένα απλό θερμιδόμετρο αποτελείται από ένα δοχείο (συχνά μονωμένο για να ελαχιστοποιηθεί η απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον) γεμάτη με μια γνωστή μάζα νερού.
3. Το πείραμα:
* Θέρμανση του νερού: Μια γνωστή μάζα νερού θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας μια συσκευή θέρμανσης όπως ένας καυστήρας Bunsen ή ένα πηνίο θέρμανσης.
* Προσθήκη γνωστής ουσίας: Ένα δείγμα της ουσίας με γνωστή μάζα και αρχική θερμοκρασία προστίθεται στο θερμιδόμετρο. Το νερό θα κρυώσει ελαφρώς και η ουσία θα ζεσταθεί.
* Μέτρηση θερμοκρασίας: Η θερμοκρασία του νερού παρακολουθείται προσεκτικά πριν και μετά την προσθήκη της ουσίας.
* Υπολογισμός: Χρησιμοποιώντας τις μετρούμενες μεταβολές της θερμοκρασίας και τις γνωστές μάζες του νερού και της ουσίας, μπορούμε να εφαρμόσουμε τη διατήρηση της ενεργειακής αρχής και την εξίσωση μεταφοράς θερμότητας για την επίλυση της ειδικής θερμικής ικανότητας της άγνωστης ουσίας.
4. Προσδιορισμός της συγκεκριμένης θερμικής ικανότητας νερού:
* Βασική γραμμή: Την πρώτη φορά που προσδιορίστηκε η συγκεκριμένη θερμική ικανότητα του νερού, ήταν πιθανό να χρησιμοποιηθεί ένα πολύ ακριβές και μονωμένο θερμιδόμετρο και μια μέθοδο που περιλαμβάνει μια πηγή ηλεκτρικής θέρμανσης με μια ακριβή μετρημένη ποσότητα εισόδου ενέργειας. Αυτό επέτρεψε τον άμεσο υπολογισμό της θερμικής ενέργειας που απορροφάται από το νερό και στη συνέχεια η συγκεκριμένη θερμική ικανότητα.
* Σύγχρονες τεχνικές: Σήμερα, η ειδική θερμική ικανότητα του νερού είναι μια καλά εδραιωμένη αξία και χρησιμεύει ως πρότυπο αναφοράς για τη βαθμονόμηση άλλων θερμιδικών.
Στην ουσία, η ειδική θερμική ικανότητα του νερού είναι μια γνωστή σταθερά που προσδιορίζεται μέσω αυστηρού πειραματισμού και έχει γίνει θεμέλιο για τον προσδιορισμό των ειδικών θερμικών ικανοτήτων άλλων ουσιών.
