Bildkredit:jakethesnake/iStock/GettyImages
Exakta värmeöverföringsexperiment bygger på en välkalibrerad kalorimeter. Oavsett om du använder en enkel frigolitkopp eller ett sofistikerat, explosionssäkert kärl, absorberar behållaren en del av värmen som frigörs eller absorberas under en reaktion. Genom att bestämma kalorimeterkonstanten – mängden energi som behövs för att höja kalorimeterns temperatur med 1°C – kan du korrigera för denna förlust och mäta den specifika värmen för okända ämnen med tillförsikt.
Den mest tillförlitliga kalibreringsmetoden innebär att man blandar två lika stora massor av vatten vid olika temperaturer inuti kalorimetern och registrerar jämviktstemperaturen. Vattnets specifika värme (Cs ) är 1calg⁻¹°C⁻¹ (4,186Jg⁻¹°C⁻¹), vilket gör den till en idealisk kalibreringsvätska.
Låt en känd massa varmvatten (m1 ) hälls i en kalorimeter som redan innehåller en känd massa kallt vatten (m2 ). Mät de initiala temperaturerna T1 och T2 , vänta sedan tills blandningen når jämviktstemperaturen TE . Temperaturförändringarna är ΔT1 =TE – T1 och AT2 =TE – T2 (observera att ΔT2 är positivt eftersom det kalla vattnet värmer).
Värmen som går förlorad av varmvattnet är q1 = m1 Cs ΔT1 , medan värmen som fås av det kalla vattnet är q2 = m2 Cs ΔT2 . Skillnaden, q1 – q2 , är värmen som absorberas av kalorimetern:
qabs = (m1 Cs ΔT1 ) – (m2 Cs ΔT2 )
Eftersom kalorimeterns temperaturökning är lika med ΔT2 , dess värmekapacitet (kalorimeterkonstanten, cc) är:
cc = qabs ÷ ΔT2 = Cs (m1 ΔT1 + m2 ΔT2 ) ÷ ΔT2 kal g⁻¹ °C⁻¹
Med cc känd kan du bestämma den specifika värmen för vilket material som helst. Värm upp en känd massa av ämnet (m1 ) till temperatur T1 och placera den i kalorimetern som innehåller en lika stor massa (m2 ) vid en lägre temperatur T2 . Efter att systemet når jämvikt vid TE , beräkna ΔT1 = TE – T1 och AT2 = TE – T2 .
Att omorganisera energibalansen ger ämnets specifika värme:
Cs = (cc × ΔT2 ) ÷ (m1 ΔT1 + m2 ΔT2 ) kal g⁻¹ °C⁻¹
Att konvertera till joule är enkelt:multiplicera resultatet med 4,186 Jcal⁻¹.
