Kalorimetrické měření

14. 1. 2013, 0:00

František Látal

Úvod

Princip měření pomocí kalorimetru spočívá v tom, že kalorimetr z části naplníme vhodnou kapalinou (vodou) hmotnosti $m_{1}$ o teplotě $t_{1}$, která má známou měrnou tepelnou kapacitu $c_{1}$. Když vložíme do kalorimetru látku o hmotnosti $m_{2}$, zahřátou na teplotu $t_{2}$, jež má měrnou tepelnou kapacitu $c_{2}$ dojde k výměně tepla popsané kalorimetrickou rovnicí: \begin{equation} c_{2} m_{2} \big(t_{2}-t\big) =c_{1} m_{1} \big(t-t_{1}\big)+C_{k}\big(t-t_{1}\big),\label{eq:rce1} \end{equation} kde $t$ je teplota, která se v kalorimetru ustálí po výměně tepla a $C_{k}$ je tepelná kapacita kalorimetru.

Pomůcky

Směšovací kalorimetr, teploměr, voda, váhy se sadou závaží, odměrný válec, tělesa z kovu, kalorimetr, kádinky.

Obr. 1 Směšovací kalorimetr s příslušenstvím

Postup

• Nejprve určíme tepelnou kapacitu kalorimetru $C_{k}$ pomocí vzorce $C_{k}=c_{k}m_{k}$<./li>
• Zvážíme vnitřní část kalorimetru $m_{k}$ a poté v tabulkách dohledáme měrnou tepelnou kapacitu $c_{k}$ pro materiál z kterého je kalorimetr vyroben.
• Nyní stanovíme měrnou tepelnou kapacitu zkoumané pevné látky $c_{2}$.
• Vážením určíme hmotnost $m_{2}$ tělesa, jejíž měrnou tepelnou kapacitu $c_{2}$ zkoumáme.
• Do vnitřní nádoby kalorimetru nalijeme vodu, jejíž hmotnost $m_{1}$ určíme předem.
• Teploměrem změříme teplotu vody $t_{1}$ v kalorimetru.
• Vzorek tuhého tělesa vložíme do vodní lázně, kde jej zahřejeme na teplotu $t_{2}$.
• Poté co se teplota tělesa vyrovná s teplotou vody v lázni, těleso vyjmeme, osušíme a vložíme do kalorimetru. Kalorimetr dobře uzavřeme a za stálého míchání sledujeme teploměr, abychom zjistili výslednou teplotu $t$.
• Ze vzorce \eqref{eq:rce1} stanovíme měrnou tepelnou kapacitu $c_{2}$ a pomocí MFChT určíme z jakého materiálu je těleso vyrobeno.
• Tento postup několikrát opakujeme pro různá tělesa.

Závěr

Kalorimetrické měření patří mezi základní laboratorní měření středoškolské fyziky.

Poznámky

• Abychom dosáhli, co největší přesnosti při měření měrné tepelné kapacity kovů ($c_{\rm H_{2}O}=4180{\rm \frac{J}{kg K}}$ a např. $c_{\rm Cu}=383{\rm \frac{J}{kg K}}$, $c_{\rm Fe}=450{\rm \frac{J}{kg K}}$ a $c_{\rm Al}=896{\rm \frac{J}{kg K}}$), je třeba zajistit, aby hodnota rozdílu $\big(t-t_{1}\big)$ byla co největší (teplota vody musí být nižší než je pokojová teplota).
• Místo kalorimetru lze použít např. Dewarovu nádobu viz obr. 2, nebo i obyčejnou termosku.

Obr. 2 Dewarova nádoba

Diskuze (0)

Fotogalerie (2)