Зміст
"Тепло" представляє теплову енергію молекул речовини. Вода замерзає при 0 градусах Цельсія. Але температура кубика льоду може опуститися набагато нижче цієї. Коли кубик льоду виймається з морозильної камери, температура кубів збільшується, оскільки він поглинає тепло з оточення. Але як тільки кубик льоду досягає 0 С, він починає плавитися, і його температура залишається на рівні 0 протягом усього процесу плавлення, навіть якщо кубик льоду продовжує поглинати тепло. Це відбувається тому, що теплова енергія, що поглинається кубиком льоду, споживається молекулами води, що відокремлюються одна від одної під час плавлення.
Кількість тепла, що поглинається твердим тілом під час фази плавлення, називається прихованим теплом плавлення і вимірюється за допомогою калориметрії.
Збір даних
Помістіть порожню чашку з пінопласту на баланс і запишіть масу порожньої чашки в грамах. Потім наповніть чашку приблизно 100 мілілітрами або близько 3,5 унцій дистильованою водою. Поверніть наповнену чашку на рівновагу і запишіть вагу чашки та води разом.
Помістіть термометр у воду в чашці, почекайте близько 5 хвилин, щоб термометр прийшов до теплової рівноваги з водою, а потім записати температуру води як початкову температуру.
Помістіть два або три кубики льоду на паперовий рушник, щоб видалити будь-яку рідку воду з поверхонь кубів, після чого швидко перенесіть кубики в чашку з пінопласту. За допомогою термометра обережно перемішайте суміш. Дотримуйтесь показника температури на термометрі. Він повинен почати випадати майже відразу. Продовжуйте перемішувати і записуйте найнижчу температуру, вказану на термометрі, до того, як температура почне рости. Запишіть це значення як "кінцеву температуру".
Вийміть термометр і поверніть чашку з пінопласту ще раз на баланс і запишіть масу чашки, води та розтопленого льоду разом.
Розрахунки
Визначте масу води в чашці, віднімаючи масу порожнього склянки від ваги чашки та води разом, як зібрано на кроці 1. Наприклад, якщо порожня чашка важила 3,1 грама, а чашка та вода разом важили 106,5 грам, тоді маса води становила 106,5 - 3,1 = 103,4 г.
Обчисліть зміну температури води, віднявши початкову температуру води від кінцевої температури води. Таким чином, якщо початкова температура становила 24,5 С, а кінцева температура - 19,2 С, то дельтаТ = 19,2 - 24,5 = -5,3 С.
Обчисліть тепло, q, відведене з води за рівнянням q = mc (deltaT), де m і deltaT являють собою зміну маси і температури води відповідно, а c являє собою питому теплоємність води, або 4.184 джоулів на грам на градус Цельсія, або 4,187 Дж / гС. Продовжуючи приклад із кроків 1 і 2, q = ms (deltaT) = 103,4 г * 4,184 Дж / г-С * -5,3 С = -2293 Дж. Це являє собою тепло, відведене з води, звідси і її негативний знак. За законами термодинаміки це означає, що кубики льоду у воді поглинали +2293 Дж тепла.
Визначте масу кубиків льоду, віднявши масу чашки та води від маси чашки, води та кубиків льоду разом. Якщо чашка, вода та лід разом важили 110,4 г, то маса кубиків льоду становила 110,4 г - 103,4 г = 7,0 г.
Знайдіть приховану теплоту плавлення, Lf, згідно Lf = q ÷ m шляхом ділення тепла, q, поглинутого льодом, як визначено на кроці 3, на масу льоду, м, визначену на кроці 4. У цьому випадку , Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 г = 328 Дж / г. Порівняйте свій експериментальний результат із прийнятим значенням 333,5 Дж / г.