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Wenn Sie ein Experiment durchführen, um die Menge an Wärme zu bestimmen, die bei einer chemischen Reaktion oder einem anderen Prozess verloren oder gewonnen wurde, müssen Sie dies in einem Behälter tun. Der Behälter, bei dem es sich um das Kalorimeter handelt, kann ein einfacher Styroporbecher oder ein hoch entwickelter explosionssicherer Behälter sein, der in Wasser getaucht ist. In jedem Fall absorbiert es einen Teil der Wärme. Es ist daher wichtig, diese vor der Durchführung des Experiments zu kalibrieren. Bei der Kalibrierung erhalten Sie eine Zahl, die als Kalorimeter-Konstante bezeichnet wird. Dies ist die Menge an Wärmeenergie, die erforderlich ist, um die Temperatur des Kalorimeters um 1 Grad Celsius zu erhöhen. Sobald Sie diese Konstante kennen, können Sie mit dem Kalorimeter die spezifische Wärme anderer Materialien messen.
Bestimmung der Kalorimeterkonstante
Wenn Sie eine Menge eines Stoffes mit der gleichen Menge desselben Stoffes bei einer anderen Temperatur kombinieren und die Gleichgewichtstemperatur messen, sollten Sie feststellen, dass sie auf halbem Weg zwischen den Anfangstemperaturen liegt. Das ist allerdings eine Idealisierung. In der Realität wird ein Teil der Wärme vom Kalorimeter absorbiert.
Eine Möglichkeit, ein Kalorimeter zu kalibrieren, besteht darin, zwei Mengen Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen darin zu mischen und die Gleichgewichtstemperatur aufzuzeichnen. Wasser eignet sich gut für diesen Zweck, da es eine leicht zu handhabende spezifische Wärme aufweist (Cs) von 1 Kalorie pro Gramm pro Grad Celsius (4,186 Joule / g ˚C). Gießen Sie eine bekannte Menge heißes Wasser ein (m1) in ein Kalorimeter mit einer bekannten Menge kaltem Wasser (m2) und notieren Sie die Gleichgewichtstemperatur des Gemisches. Sie werden feststellen, dass die vom warmen Wasser verlorene Wärme mehr ist als die vom kalten Wasser gewonnene Wärme. Der Unterschied ist die vom Kalorimeter aufgenommene Wärme.
Das heiße Wasser verliert eine Menge an Wärmeenergie, die durch q gegeben ist1 = m1CS∆T1und das kalte Wasser gewinnt eine Menge gleich q2 = m2CS∆T2. Die Menge, die das Kalorimeter aufnimmt, ist (q1 - q2) = (m1 CS∆T1 ) - (m2CS∆T2). Die Temperatur des Kalorimeters steigt um den gleichen Betrag wie das kalte Wasser, daher beträgt die Wärmekapazität des Kalorimeters, die der Kalorimeterkonstante (cc) entspricht, (q1 - q2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C oder
cc = CS (m1∆T1 + m2∆T2) ÷ ∆T2 cal / g ˚C
Messung der spezifischen Wärme
Sobald Sie die Wärmekapazität kennen, können Sie mit einem Kalorimeter die spezifische Wärme einer unbekannten Substanz berechnen. Eine bekannte Masse des Stoffes erhitzen (m1) auf eine bestimmte Temperatur (T1). Fügen Sie es dem Kalorimeter hinzu, in das Sie bereits eine andere Masse desselben Stoffes gegeben haben (m2) bei einer kühleren Temperatur (T2). Warten Sie, bis sich die Temperatur im Gleichgewicht befindet, und zeichnen Sie diese Gleichgewichtstemperatur auf (TE).
Sie finden die spezifische Wärme der Substanz, indem Sie die obige Gleichung verwenden, die neu angeordnet wurde, um nach C zu lösenS.
CS = (cc • ∆T2) ÷ (m1∆T1 + m2∆T2) cal / g ˚C.