Egzanp Kesyon Diskisyon Kalorimetri
Nan fizik, kalorimetri se yon branch syans ki etidye mezi chalè nan reyaksyon chimik oswa chanjman fizik. Enstriman yo itilize pou mezire kantite chalè a rele yon kalorimèt. Kalorimetri jwe yon wòl enpòtan, patikilyèman nan tèmodinamik ak chimi fizik, kote yo obsève epi mezire chanjman nan enèji tèmik.
Prensip debaz kalorimetri
Prensip debaz kalorimetri a baze sou lwa konsèvasyon enèji a, sètadi ke enèji pa ka ni kreye ni detwi, men li ka sèlman transfòme soti nan yon fòm enèji an yon lòt. Nan kontèks kalorimetri a, enèji chalè sistèm nan pèdi a dwe egal a enèji chalè anviwònman an absòbe a. Zouti prensipal nan eksperyans kalorimetri yo anjeneral se yon kalorimèt, ki ka yon kalorimèt senp, sètadi yon kalorimèt dlo, oswa yon kalorimèt ki pi konplèks, tankou yon kalorimèt bonm.
Fòmil Kalorimetri Debaz yo
Fòmil debaz kalorimetri a se:
Q = m ∫c ∫Delta T
Ki kote:
– \(Q\) se kantite chalè a (an joul oubyen kalori)
– \(m\) se mas sibstans lan (an gram oubyen kilogram)
– \(c\) se chalè espesifik sibstans lan (an J/(g°C) oubyen kal/(g°C))
– \( \Delta T \) se chanjman nan tanperati a (an °C)
Ann gade kèk egzanp kesyon ak diskisyon pou nou ka pi byen konprann konsèp ak aplikasyon kalorimetri a.
Egzanp Kesyon ak Diskisyon 1
Kesyon:
Yo chofe yon moso metal 200 gram a 100°C epi answit yo plonje l nan 100 gram dlo a 20°C. Tanperati final melanj lan se 27°C. Detèmine chalè espesifik metal la! (chalè espesifik dlo = 4,18 J/(g°C))
Diskisyon:
Premye etap la se kalkile chalè dlo a absòbe a. Sèvi ak fòmil debaz la:
Q_{lè} = m_{lè} \cdot c_{lè}} \cdot ΔT_{lè}}
Avèk \(m_{\text{lè}} = 100 \) gram, \(c_{\text{lè}} = 4.18 \) J/(g°C), epi \(ΔT_{\text{lè}} = 27°C – 20°C = 7°C \),
Q_{lè} = 100 × 4.18 × 7 = 2926 J
Chalè metal la degaje a se menm ak chalè dlo a absòbe a, kidonk:
Q_{\text{metal}} = 2926 \text{ J}
Lè w ap itilize fòmil chalè a:
\[ m_{\text{metal}} \cdot c_{\text{metal}} \cdot \Delta T_{\text{metal}} = Q_{\text{metal}} \]
avèk \(m_{\text{metal}} = 200 \) gram, \(\Delta T_{\text{metal}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
200 c_{metal} 73 = 2926 J
\[ c_{\text{metal}} = \frac{2926}{200 \times 73} \]
\[ c_{\text{metal}} = 0.2 \text{ J/(g°C)} \]
Kidonk, chalè espesifik yon metal se 0.2 J/(g°C).
Egzanp Kesyon ak Diskisyon 2
Kesyon:
Yo mete yon blòk glas ki gen yon mas 50 g nan yon tanperati 0°C nan 200 g dlo nan yon tanperati 30°C nan yon kalorimèt. Detèmine tanperati final melanj lan apre li fin rive nan ekilib tèmik! (chalè fizyon glas = 334 J/g, chalè espesifik dlo = 4,18 J/g°C)
Diskisyon:
Premye etap la se kalkile chalè ki nesesè pou fonn glas la:
\[ Q_{\text{melt}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
avèk \(m_{\text{es}} = 50 \) gram ak \(L = 334 \) J/g,
Q_{\text{fonn}} = 50 \times 334 = 16700 \text{ J} \]
Apre sa, jwenn chalè glas la absòbe apre li fin fonn pou l rive nan tanperati final la \( T \) (sipoze T se tanperati final melanj lan):
Q_{\text{dlo glas}} = m_{\text{es}} \cdot c_{\text{lè}} \cdot (T – 0°C)
avèk \( c_{\text{lè}} = 4.18 \text{ J/g°C} \),
Q_{\text{glas dlo}} = 50 \times 4.18 \times T
Chalè ki degaje pa dlo frèt (soti nan 30°C rive nan T):
Q_{\text{lè}} = m_{\text{lè}} \cdot c_{\text{lè}} \cdot (30°C – T) \]
avèk \(m_{\text{air}} = 200 \) gram,
Q_{\text{lè}} = 200 \times 4.18 \times (30 – T)
Nan ekilib tèmik, kantite chalè glas la absòbe (pou fonn epi chofe rive nan T) ap egal ak kantite chalè dlo a lage:
\[ Q_{\text{fonn}} + Q_{\text{dlo glas}} = Q_{\text{dlo}} \]
16700 + 50 × 4.18 × T = 200 × 4.18 × (30 – T)
\[ 16700 + 209T = 8360 \times (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 250800 – 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
\[ T = \frac{234100}{8569} \anviwon 27.3°C \]
Kidonk, tanperati final melanj lan apre li fin rive nan ekilib tèmik la se anviwon 27.3°C.
Konklizyon
Kalorimetri se yon teknik enpòtan nan fizik ak chimi ki itilize pou detèmine kantite enèji chalè nan yon pwosesis fizik oswa chimik. Lè nou itilize prensip ak fòmil debaz kalorimetri yo, nou ka kalkile divès paramèt tankou chalè espesifik yon sibstans, chanjman nan tanperati, oswa enèji ki absòbe/lage nan yon pwosesis. Nan atik sa a, nou te gade pwoblèm egzanp ak solisyon yo nan kontèks konpreyansyon kalorimetri. Yon bon konpreyansyon sou konsèp sa yo esansyèl pou rezoud divès pwoblèm termodinamik ak lòt aplikasyon pratik.
