Визначення водяного еквівалента калориметра

При калориметричних вимірюваннях теплових сталих piзниx peчовин енергія витрачається не лише на забезпечення протікання досліджуваного процесу, а й на нагрівання калориметра, термо­метра, мішалки та інших частин калориметричної установки. Ці затрати теплової енергії необхідно визначати та враховувати при обчисленні досліджуваних сталих речовин. Нерідко безпосереднє визначення затрат теплової eнepriї ускладнюється відсутністю відомостей про природу i масу матеріалів, з яких виготовлені частини установки. Тому в практиці калориметричних вимірювань широко використовуються так звані водяні еквіваленти різних тіл.

Під водянимеквівалентом К будь-якого тіла розуміють кількість теплової енергії, необхідну для нагрівання його на 1°С, яка чисельно дорівнює мaci води, для нагрівання якої на 1 °С потрібна така ж кількість теплової енергії, як i для нагрівання тіла.

Водяний еквівалент будь-якого однорідного тіла дорівнює добутку його маси на питому теплоємність , тобто теплоємності даного тіла. Для системи тілводяний еквівалент визначається як

Якщо К калориметра, мішалки i термометра незначні порівняно з кількістю теплоти Q,, яка витрачається на протікання досліджуваних процесів, i вимірювання теплових сталих цих процесів не забезпечують достатньої точності результатів, то їх не визначають i не беруть до уваги при остаточних підрахунках. В іншиx випадках водяні еквіваленти обчислюють або знаходять дослідним шляхом (калориметричним методом).

Методи калориметрії застосовуються у багатьох галузях науки i техніки, тому icнyє чимало конструкцій кaлopимeтpiв. Найпростіший, так званий калориметр змішування (рис.4), складається з металевої посудини циліндричної форми 1, яка для запобігання контакту з зовнішнім середовищем розміщена на теплоізоляційній підставці 5 у посудині 2 більшихpoзмipiв. Для вирівнювання температури рідини (води) по всьому об'єму користуються мішалкою 3. Термометром 4 вимірюютьтемпературу рідини на початку i в кінці процесу теплообміну.

При грубих вимірюваннях можна вважати, що рідина, калори­метр i його допоміжні частини за час досліду не встигнуть віддати помітну кількість теплоти зовнішньому середовищу. При точних калориметричних вимірюваннях необхідно вносити відповідні поправки.

Нехай калориметрична установка складається з простого калориметра та мішалки масою відповідно і та питомою теплоємністю і . Тоді водяний еквівалент калориметра з мешалкою

K = m₁c₁ + m₂c₂. (20)

Отже, водяний еквівалент легко знайти, якщо відомий матеріал, з якого виготовлені калориметр i мішалка, а також можна визначити їx масу. Інакше (при застосуванні електрокалориметрів) водяний еквівалент визначають експериментально. Для цього знаходять масу внутршньої посудини калориметра з усіма її допоміжними частинами, зважуючи на технічних терезах. Наповнюють внутрішню посудину до половини водою кімнатної температури i знову зважують. Нехай її маса з водою . Тоді різниця дає масу води, налитої в калориметр m.

Помістивши внутрішню посудину калориметра у зовнішню, занурюють у воду термометр i вимірюють її температуру . Визна­чають температуру гарячої води i наливають у калориметр з холодною водою таку її кількість, яка приблизно дорівнює половині кількості холодної води. Після цього воду перемішують до появи в калориметрі стану термодинамічної рівноваги та вимірюють кінцеву температуру cyміші Q. Знову зважують внутрішню посудину калориметра. Нехай тепер її маса т₂. Різниця – це маса долитої в калориметр гарячої води .

На підставі проведених дослідів складають рівняння теплово­го балансу для даного процесу:

т₃ с () = (тс + т_кс_к) ( ) (21)

за яким визначають водяний еквівалент калориметра

(22)

Дата добавления: 2015-05-26