|
 |
|
Imali smo zadatak za izračunavanje specifičnog toplinskog kapaciteta. Zagrijali smo vodu do vrelišta zajedno s utegom i zatim smo uteg mase m=100,6 g, stavili u ručno napravljen kalorimetar, posudice mase m=7,0 g i vode u njoj mase m=97,8 g. Temperatura vode u posudici iznosila je T=244,15 K (t=27°C). Kada smo stavili uteg u kalorimetar mjerili smo temperaturu svakih 30 s tijekom 5 min. Prosječna temperatura iznosila je T=249,45 K. Zadatak je izračunati specifični toplinski kapacitet utega.
|
|
Ime i prezime:
Noa Sečan
n.secan853@gmail.com
|
 |
 |
Ovo je pitanje iz fizike, ali onog dijela fizike koji je dosta bitan i za kemiju.
Sâm zadatak ne bi trebao biti problem. Toplinski kapacitet definiran je kao omjer topline i promjene temperature:
C = Q/ΔT
a specifični toplinski kapacitet kao omjer toplinskog kapaciteta i mase:
c = C/m = Q/(m·ΔT)
Prvi zakon termodinamike veli da se energija niti stvara, niti uništava, tako da u slučaju zatvorenog sustava ukupna toplinska energija mora biti stalna (jasno, to pod uvjetom da se ne zbivaju kemijske promjene). Ako je taj sustav kalorimetar s vodom i utegom, očito sva ona toplina koju je izgubio uteg mora završiti u vodi i posudici kalorimetra.
Nakon toga na scenu nastupaju aproksimacije. Srećom, ovdje nemamo sferne piliće u vakuumu, nego se samo trebamo praviti da toplina s utega nije prešla ni na posudicu, niti izvan nje, nego samo na vodu, što se onda dade zapisati i matematički:
Q(voda) + Q(uteg) = 0
Djeluje li ti jednadžba čudno, to je stoga što te nisu učili da toplina može biti i negativna. U ovom slučaju uteg je izgubio toplinsku energiju, što će reći da je toplina koju je primio negativna.
Ono što dalje predstoji je izraziti toplinu pomoću promjena temperature i (masa i specifičnih) toplinskih kapaciteta vode i utega te izračunati nepoznatu veličinu:
m(voda)·c(voda)·ΔT(voda) = m(uteg)·c(uteg)·ΔT(uteg)
Ono što u zadatku ne valja je mjerenje. Iako greška vjerojatno nije velika, način je fundamentalno pogrešan. Toplina se ne prenosi trenutno, nego postupno, to brže što je temperaturna razlika veća. To znači da će se u savršenom kalorimetru temperatura i jednog i drugog tijela u početku mijenjati brzo, a potom sve sporije, dok se ne izjednače. Mjeriš li temperaturu od početka, i to temperaturu samo jednog tijela, te na kraju uzmeš prosječnu vrijednost, dobit ćeš pogrešnu vrijednost jer si uzeo u obzir i temperature neravnotežnog sustava.
Ako stvarno imaš brojke tj. ako zadatak nije spao samo na riječi, preporučio bih da si nacrtaš graf ovisnosti temperature vode o vremenu. Nisam siguran koliko je brzo toplina prešla s utega na vodu, ali vrlo je vjerojatno da barem prva točka ima drugačiju vrijednost od ostalih.
Druga stvar koja se događa u stvarnom svijetu je da se sustav hladi koliko ga god dobro izolirali. Zbog toga se u stvarnim kalorimetrijskim eksperimentima u obzir uzima i brzina kojom se sustav hladi odnosno toplinska provodnost njegovih stijenki. No, tu već zalazim u fakultetsku građu pa ću radije zaključiti odgovor.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
i.cvrtila@rug.nl
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
