گروه شیمی شهرستان بروجرد

آزمایش های گرماسنجی

ارزش آبی جسم

میزان گرمایی که دمای جسم را به اندازه واحد دما تغییر می دهد ظرفیت گرمایی جسم نامیده می شود. اگر مقدار گرمای داده شده به جسم را با Q و تغییر دمای آن را با Δθ نشان دهیم، A، ظرفیت گرمایی جسم از رابطه A=Q/Δθ به دست می آید.

برای یک ماده خالص ظرفیت گرمایی واحد جرم آن ماده را گرمایی ویژه آن می نامند و با c نشان می دهند بنا بر این ظرفیت گرمایی جرم m از یک ماده خالص از رابطه A=mc. Δθ تعیین می شود.گرمای ویژه آب خالص بنا به تعریف کالری برابر یک کالری بر گرم بر درجه سانتیگراد است . بنا بر این جسمی که ظرفیت گرمایی آن A است در مقابل گرما نقشی معادل A گرم آب دارد. به همین دلیل A را ارزش آبی جسم نیز می نامند.

روش انجام آزمایش های گرماسنجی

برای تعیین هر کاری از مشخصه های گرمایی فوق دو (یا چند) ماده با دمای متفاوت اولیه را درون ظرفی که از محیط ایزوله شده باشد یعنی با محیط تبادل گرمایی نکند به نام گرماسنج(گرماسنج) مخلوط می کنند. به هر صورت روش آزمایش به این ترتیب است که mc گرم از یک ماده سرد (که لازم است مایع باشد) با گرمای ویژه Cc را درون گرماسنج می ریزند و پس از هم زدن و تعادل گرمایی داخل دمای آن را اندازه می گیرند. (θc) سپس به سرعت مقداری از یک ماده گرم به جرم mH و گرمای ویژه CH و دمای θH را به ظرف اضافه می کنند پس از حصول تعادل مجدد، دمای مخلوط را اندازه می گیریم (θF ( .

طبق اصل اول ترمودینامیک گرمای گرفته شده توسط کلیه اجسامی که در تبادل گرما شرکت می کنند برابر صفر است :

mc Cc (θF – θc) + A (θF – θc) + mH CH (θF – θH) = 0

که در آن A ارزش آبی گرماسنج است.

آزمایش۱: اندازه گیری ارزش آبی(ظرفیت گرمائی ) گرماسنج

وسایل آزمایش : گرماسنج با سرپوش – دماسنج و هم زن – آب – چراغ بنزن با پایه – بشر
کمیت مورد آزمایش : ارزش آبی گرماسنج که با A نشان می دهیم . واحد آن Cal/ ºc می باشد .

تئوری آزمایش:

درآزمایشگاه برای اندازه گیری مقدار گرمای مبادله شده بین مواد مختلف از گرماسنج استفاده می شود که مکانیزم بسیار ساده ای دارد. زمانی که می خواهیم میزان گرمای مبادله شده بین دو ماده راحساب کنیم کافیست جرم مشخصی از هر دو را داخل ظرف ریخته و با بررسی تغییرات دما آن را به دست آورد . ولی بایستی توجه داشت که اجسام به کار رفته در گرماسنج هر چه قدر هم که عایق حرارتی باشند باز هم مقداری گرمای ازدست رفته یا گرفته شده اضافی خواهیم داشت . لذا برای گرماسنج یک عددی با عنوان ارزش آبی تعیین می کنند که تعیین کننده میزان تاثیر گرمایی گرماسنج در این تبادل است.

شرح آزمایش :

۱٫ جرم گرماسنج با تعلقات اندازه می گیریم. مثال: . m’ = 809.3 gr

2. مقداری آب داخل گرماسنج ریخته و وزن آن را خالص می کنیم: . m1 = 149.9 gr

3. دمای اولیه آب را اندازه می گیریم: . t1 = 21.5 ºc

4. مقداری آب داخل یک بشر ریخته و وزن آن را اندازه می گیریم . (حدود ۱۰۰ گرم)

۵٫ آب را روی چراغ می جوشانیم . دمای آب جوش در آزمایشگاه حدود t2 = 96 ºc است.

۶٫ با یک دست سرپوش گرماسنج را برداشته و با دست دیگر آب در حال جوش را داخل گرماسنج می ریزیم.

۷٫ بیشترین دمای به دست آمده را تحت عنوان دمای تعادل ثبت می کنیم:.tp = 48.3 ºc

حال جرم آب جوش را با وزن کردن دوباره گرماسنج به دست می آوریم . m2 = 96.7 gr
گرمای گرفته شده به وسیله گرماسنج و متعلقات آن و آب سرد Q1 = (m1Cw + A).(tp – t1) گرمای داده شده به وسیله آب جوش Q2 = m2.Cw.(t2 – tp)
Q1 = Q2 => (m1Cw + A).(tp – t1) = m2.Cw.(t2 – tp)

= (149.9(gr)*1(cal/gr ºc)+A(cal/°c)).(48.5(ºc)-21.5(ºc)) (96.7(gr)*1(cal/grºc)).(96(ºc)– ۴۸٫۵ (ºc))

= (149.9(gr)*1(cal/gr ºc)+A(cal/°c)) (96.7(gr)*1(cal/grºc)).(96(ºc)– ۴۸٫۵ (ºc))/ (48.5(ºc)-21.5(ºc))

= (149.9(gr)*1(cal/gr ºc)+A(cal/°c)) (96.7(gr)*1(cal/grºc)).(96(ºc)– ۴۸٫۵ (ºc))/ (48.5(ºc)-21.5(ºc))

(149.9(gr)*1(cal/gr ºc)+A(cal/°c)) = 170.12(cal/°c)

A(cal/°c) = 170.12(cal/°c) – ۱۴۹٫۹(cal/°c)
A(cal/°c) = 20.22(cal/°c)

 »