Eisimpleir de Cheistean Deasbaid Calorimetry
Ann am fiosaig, 's e meur den saidheans a th' ann an calorimetry a bhios a' sgrùdadh tomhas teas ann an ath-bheachdan ceimigeach no atharrachaidhean corporra. Canar calorimeter ris an ionnsramaid a thathar a' cleachdadh gus meud an teas a thomhas. Tha pàirt chudromach aig calorimetry, gu h-àraidh ann an teirmodynamics agus ceimigeachd corporra, far a bheilear a' cumail sùil air agus a' tomhas atharrachaidhean ann an lùth teirmeach.
Prionnsabalan Bunasach Calorimetry
Tha prionnsabal bunaiteach calorimetry stèidhichte air lagh glèidhteachais lùtha, is e sin nach gabh lùth a chruthachadh no a sgrios, ach nach gabh a thionndadh ach bho aon chruth lùtha gu cruth eile. Ann an co-theacsa calorimetry, feumaidh an lùth teas a chailleas an siostam a bhith co-ionann ris an lùth teas a ghlacas an àrainneachd. Mar as trice is e calorimeter am prìomh inneal ann an deuchainnean calorimetry, a dh’ fhaodadh a bhith na calorimeter sìmplidh, is e sin calorimeter uisge, no calorimeter nas iom-fhillte, leithid calorimeter boma.
Foirmlean Calorimetry Bunasach
Is e am foirmle bhunasach ann an calorimetry:
[Q = m ⋅c ⋅DeltaT]
Càite:
– \( Q \) 's e meud an teas (ann an joules no calaraidhean)
– \(m \) 's e mais na stuth (ann an graman no cileagraman)
– ’S e teas sònraichte an stuth (ann an J/(g°C) no cal/(g°C)) a th’ ann an \(c \)
– ’S e ΔT an t-atharrachadh ann an teòthachd (ann an °C)
Seallaidh sinn air beagan eisimpleirean de cheistean agus deasbadan gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air bun-bheachd agus cleachdadh calorimetry.
Ceistean Eisimpleir agus Deasbad 1
Ceist:
Tha pìos meatailt 200 gram air a theasachadh gu 100°C agus an uair sin air a bhogadh ann an 100 gram de dh’uisge aig 20°C. Is e 27°C teòthachd dheireannach a’ mheasgachaidh. Obraich a-mach teas sònraichte a’ mheatailt! (teas sònraichte uisge = 4,18 J/(g°C))
Deasbad:
Is e a’ chiad cheum an teas a tha an t-uisge a’ gabhail a-steach obrachadh a-mach. A’ cleachdadh na foirmle bhunasach:
[Q_{\text{adhair}} = m_{\text{adhair}} c_{\text{adhair}} Delta T_{\text{adhair}}]
Le (m_{\text{air}} = 100 \) gram, (c_{\text{air}} = 4.18 \) J/(g°C), agus (ΔT_{\text{air}} = 27°C – 20°C = 7°C),
[Q_{\text{air}} = 100 × 4.18 × 7 = 2926 \text{J} \]
Tha an teas a bhios am meatailt a’ leigeil ma sgaoil co-ionann ris an teas a bhios an t-uisge a’ gabhail a-steach, agus mar sin:
\[ Q_{\text{meatailt}} = 2926 \text{ J} \]
A’ cleachdadh foirmle an teasachaidh:
[m_{\text{meatailt}} c_{\text{meatailt}} Delta T_{\text{meatailt}} = Q_{\text{meatailt}}]
le (m_{\text{meatailt}} = 200 \) gram, (\Delta T_{\text{meatailt}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
[200 c_{\text{meatailt}} 73 = 2926 J]
[c_{\text{meatailt}} = \frac{2926}{200 \times 73} \]
[ c_{\text{meatailt}} = 0.2 \text{ J/(g°C)} \]
Mar sin, is e teas sònraichte meatailt 0.2 J/(g°C).
Ceistean Eisimpleir agus Deasbad 2
Ceist:
Tha bloc deighe le mais 50g aig teòthachd 0°C air a chur ann an 200g de dh’uisge aig teòthachd 30°C ann an calorimeter. Obraich a-mach teòthachd dheireannach a’ mheasgachaidh an dèidh cothromachadh teirmeach a ruighinn! (teas leaghaidh deighe = 334 J/g, teas sònraichte uisge = 4,18 J/g°C)
Deasbad:
Is e a’ chiad cheum obrachadh a-mach an teas a dh’fheumar gus an deigh a leaghadh:
[Q_{\text{leaghadh}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
le \(m_{\text{es}} = 50 \) gram agus \(L = 334 \) J/g,
\[ Q_{\text{leaghadh}} = 50 \times 334 = 16700 \text{ J} \]
An ath rud, lorg an teas a ghlac an deigh às dèidh leaghadh gus an teòthachd dheireannach \(T \) a ruighinn (a’ gabhail ris gur e T teòthachd dheireannach a’ mheasgachaidh):
[Q_{\text{uisge-deighe}} = m_{\text{es}} c_{\text{èadhar}} (T – 0°C)]
le (c_{\text{adhair}} = 4.18 \text{J/g°C} \),
\[ Q_{\text{deigh uisge}} = 50 \times 4.18 \times T \]
Teas air a leigeil ma sgaoil le uisge fuar (bho 30°C gu T):
[Q_{\text{adhair}} = m_{\text{adhair}} c_{\text{adhair}} (30°C – T)]
le \(m_{\text{air}} = 200 \) gram,
[Q_{\text{air}} = 200 × 4.18 × (30 – T)]
Aig cothromachadh teirmeach, bidh an ìre teas a thèid a ghabhail a-steach leis an deigh (gus leaghadh agus teasachadh gu T) co-ionann ris an ìre teas a thèid a leigeil ma sgaoil leis an uisge:
\[ Q_{\text{leaghadh}} + Q_{\text{uisge-deighe}} = Q_{\text{uisge}} \]
[16700 + 50 × 4.18 × T = 200 × 4.18 × (30 – T)]
[16700 + 209T = 8360 uair (30 – T)]
\[ 16700 + 209T = 250800 – 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
[T = \frac{234100}{8569} \timcheall air 27.3°C \]
Mar sin, tha an teòthachd mu dheireadh den mheasgachadh às dèidh dha cothromachadh teirmeach a ruighinn mu 27.3°C.
Co-dhùnadh
’S e dòigh chudromach ann am fiosaig agus ceimigeachd a th’ ann an calorimetry a thathar a’ cleachdadh gus meud lùth teas ann am pròiseas fiosaigeach no ceimigeach a dhearbhadh. Le bhith a’ cleachdadh phrionnsabalan agus foirmlean bunaiteach calorimetry, is urrainn dhuinn diofar pharaimeatairean obrachadh a-mach leithid teas sònraichte stuth, an t-atharrachadh ann an teòthachd, no an lùth a thèid a ghabhail a-steach/a leigeil ma sgaoil ann am pròiseas. San artaigil seo, tha sinn air sùil a thoirt air eisimpleirean de dhuilgheadasan agus na fuasglaidhean aca ann an co-theacsa tuigse air calorimetry. Tha deagh thuigse air na bun-bheachdan sin riatanach airson diofar dhuilgheadasan teirmeadainimigeach agus tagraidhean practaigeach eile fhuasgladh.
