“Heat” representerar den termiska energin hos molekyler i ett ämne. Vatten fryser vid 0 grader Celsius. Men temperaturen på en isbit kan falla långt under det. När en isbit tar bort från en frys, ökar kubens temperatur när den tar upp värme från omgivningen. Men när isbiten når 0 ° C börjar den smälta och temperaturen stannar vid 0 under hela smältprocessen, även om isbiten fortsätter att ta upp värme. Detta inträffar på grund av att den termiska energin som absorberas av isbiten förbrukas av vattenmolekyler som separerar från varandra under smältning.
Mängden värme som absorberas av ett fast ämne under smältningsfasen kallas den latenta fusionsvärmen och mäts med hjälp av kalorimetri.
Datainsamling
Placera en tom skumdoskopp på balans och registrera massan på den tomma koppen i gram. Fyll sedan koppen med cirka 100 ml destillerat vatten, eller cirka 3,5 uns. Sätt tillbaka den fyllda koppen i balans och registrera vikten på koppen och vattnet tillsammans.
Sätt en termometer i vattnet i koppen, vänta cirka 5 minuter på att termometern kommer i termisk jämvikt med vattnet, registrera sedan temperaturen på vattnet som den ursprungliga temperaturen.
Placera två eller tre isbitar på en pappershandduk för att ta bort eventuellt flytande vatten på ytorna på kuberna, överför sedan snabbt kuberna till pyrofoamkoppen. Rör blandningen försiktigt med termometern. Observera temperaturavläsningen på termometern. Det bör börja sjunka nästan omedelbart. Fortsätt att omröra och registrera den lägsta temperaturen som anges på termometern innan temperaturen börjar stiga. Spela in detta värde som den "slutliga temperaturen."
Ta bort termometern och sätt tillbaka styrofoamkoppen till balans och registrera massan på koppen, vatten och smält is tillsammans.
Beräkningar
Bestäm massan av vatten i koppen genom att subtrahera massan på den tomma koppen från vikten på koppen och vattnet tillsammans, som samlas i steg 1. Till exempel om den tomma koppen vägde 3.1 gram och koppen och vattnet tillsammans vägde 106,5 gram, sedan var vattnets massa 106,5 - 3,1 \u003d 103,4 g.
Beräkna temperaturförändringen av vattnet genom att subtrahera den initiala vattentemperaturen från den slutliga vattentemperaturen. Om initialtemperaturen var 24,5 C och den slutliga temperaturen var 19,2 C, så är deltaT \u003d 19,2 - 24,5 \u003d -5,3 C.
Beräkna värmen, q, borttagen från vattnet enligt ekvationen q \u003d mc (deltaT), där m och deltaT representerar massans respektive temperaturförändring av vattnet respektive c representerar vattens specifika värmekapacitet, eller 4,184 joule per gram per grad Celsius, eller 4,187 J /gC. Fortsätter exemplet från steg 1 och 2, q \u003d ms (deltaT) \u003d 103,4 g * 4,144 J /g-C * -5,3 C \u003d -2293 J. Detta representerar värmen som tas bort från vattnet, därmed dess negativa tecken. Enligt termodynamikens lagar innebär detta att isbitarna i vattnet absorberade +2293 J av värme.
Bestäm massan på isbitarna genom att subtrahera massan på koppen och vattnet från koppens massa , vatten och isbitar tillsammans. Om koppen, vatten och is tillsammans vägde 110,4 g, var massan på isbitarna 110,4 g - 103,4 g \u003d 7,0 g.
Hitta det latenta fusionsvärmet, Lf, enligt Lf \u003d q ÷ m genom att dela upp värmen, q, absorberad av isen, bestämd i steg 3, med massan av is, m, bestämd i steg 4. I detta fall är Lf \u003d q /m \u003d 2293 J ÷ 7,0 g \u003d 328 J /g. Jämför ditt experimentella resultat med det accepterade värdet på 333,5 J /g.
Tips
Om du behöver den latenta fusionsvärmen i andra enheter än joule per gram, som kalorier per gram, använd ett konverteringsverktyg online, till exempel det som finns i resursavsnittet.
