DETERMINAREA CALDURII SPECIFICE A UNUI CORP SOLID

DETERMINAREA CALDURII SPECIFICE A UNUI CORP SOLID

Principiu: Calorimetria este partea termodinamicii care se ocupa cu masurarea cantitatilor de caldura. Caldura este o forma de energie care se datoreste agitatiei termice si se masoara in jouli (J) sau calorii. O calorie este cantitatea de caldura necesara unui gram de apa distilata pentru a-si ridica temperatura cu un grad, de la 19,5 ⁰ la 20,5⁰ C. Unei calorii ii corespunde 4.18 jouli in sistemul SI. Cantitatea de caldura primita de un corp, depinde de masa m a lui, de natura corpului, caracterizata printr-o constanta caracteristica, notata cu c, si de diferenta de temperatura t adica:

Q = m ^.c^.t

De aici : c = ; daca m = 1 si t = 1⁰ obtinem, c = Q.

Deci caldura specifica este cantitatea de caldura necesara unitatii de masa dintr-un corp pentru a-si ridica temperatura cu un grad. In sistemul CGS ea se masoara in

= iar in sistemul international= .

Caldura specifica a apei este de 1 cal/g.grd = 4,18 J/KgK. Ea este mult mai mare decat a celor mai multe corpuri. Produsul dintre caldura specifica si masa corpului se numeste capacitate calorica si se noteza cu C = m.c. Produsul dintre caldura specifica si masa molara M se numeste caldura specifica molara, C_M=c.M sau caldura molara.

Caldura specifica a unui corp poate fi determinata prin mai multe metode, cea mai simpla are la baza metoda amestecurilor. Ea se bazeaza pe schimbul de caldura care se realizeaza prin punerea in contact a doua sau mai multe corpuri cu temperaturi diferite. De exemplu daca introducem intr-un calorimetru cu apa un corp a carui temperatura este mai ridicata decat cea a apei el va ceda o anumita cantitate de caldura. In momentul echilibrului termic, conform principiilor calorimetrului, este valabila egalitatea:

Q₁ = Q₂ - Q_{3 ,} unde Q₁ reprezinta cantitatea de caldura cedata de corpul mai cald, Q₂ cantitatea de caldura absorbita de apa din calorimetru si Q₃ cantitatea de caldura absorbita de calorimetru, agitator si termometru.

Q₁ = m ( t -t₂ ), Q₂ = m₁c₁ ( t₂ - t₁ ), Q₃ = m₂c₂ ( t₂ - t₁ )

unde: m este masa corpului de analizat, m₁ este masa apei din calorimetru, m₂ este masa calorimetrului, agitatorului si a termometrului, c este caldura specifica a corpului, c₁ este caldura specifica a apei, c₂ este caldura specifica a calorimetrului, termometrului si agitatorului, t₂ este temperatura finala a amestecului( de ehilibru) , t este temperatura initiala a corpului, t₁ este temperatura initiala a apei din calorimetru, agitator, termometru. Deci t > t₂ > t_1.

Inlocuind valorile pentru Q₁, Q₂ si Q₃ obtinem:

mc ( t - t₁ ) = ( m₁ c₁ + m₂ c₂ ) ( t₂ - t₁ )

Capacitatea calorica a calorimetrului ( m₂ c₂ ) se determina in prealabil si poarta denumirea de echivalent in apa al calorimetrului (notat cu A).

Astfel se poate calcula caldura specifica a unui corp tinand cont de valoarea echivalentului in apa al calorimetrului si de faptul ca pentru apa caldura specifica este egala cu 1 cal/g grad ( sau 4185 J/kg grad ), avem:

c =

Dispozitive: Vasul calorimetric este compus dintr-un vas cilindric B, introdus intr-un vas mai mare C si izolat termic.

Vasul B contine o cantitate precis masurata de apa, un termometru D si un agitator E ( Fig. 4.1 ).

Fig.4.1 Partile componente ale unui calorimetru.

Mod de lucru;

- Se introduce in calorimetru o cantitate de apa precis masurata, m₁.

- Se masoara temperatura apei din calorimetru t₁ ( fie cu un termometru cu mercur, fie cu un termometru electric )

- Se cantareste corpul; apoi se introduce intr-un vas cu apa care fierbe, unde se lasa cateva minute.

- Se masoara temperatura apei care fierbe si care reprezinta temperatura initiala a corpului t.

- Se introduce repede corpul incalzit in calorimetru, agitand lent apa din calorimetru.

- Se urmareste indicatia termometrului. In momentul in care ea este stationara se citeste valoarea. Aceasta este temperatura finala a amestecului, t₂.

Pentru a determina caldura specifica a corpului se introduc datele in relatia de mai sus. Masuratorile si calculele se vor efectua pentru diferite materiale: fier, plumb, aluminiu, aliaje.

Rezultatele se trec in tabelul urmator:

Nr. Materialul A m m₁ t₂ t₁ t c

det. studiat J/kg J/kg grad

( cal/g) g g ⁰C ⁰ C ⁰C (cal/g.grad)

Pb

Al