Калориметрия боюнча талкуу суроолорунун мисалы
Физикада калориметрия - бул химиялык реакциялардагы же физикалык өзгөрүүлөрдөгү жылуулукту өлчөөчү илимдин бир тармагы. Жылуулуктун көлөмүн өлчөө үчүн колдонулган аспап калориметр деп аталат. Калориметрия, айрыкча, термодинамикада жана физикалык химияда, жылуулук энергиясынын өзгөрүүлөрү байкалып жана өлчөнө турган маанилүү ролду ойнойт.
Калориметриянын негизги принциптери
Калориметриянын негизги принциби энергиянын сакталуу мыйзамына негизделген, тактап айтканда, энергия пайда болбойт жана жок кылынбайт, ал бир энергия түрүнөн экинчисине гана айландырылышы мүмкүн. Калориметриянын контекстинде система тарабынан жоголгон жылуулук энергиясы айлана-чөйрө тарабынан сиңирилген жылуулук энергиясына барабар болушу керек. Калориметрия эксперименттериндеги негизги курал, адатта, калориметр болуп саналат, ал жөнөкөй калориметр, тактап айтканда, суу калориметри же бомба калориметри сыяктуу татаалыраак калориметр болушу мүмкүн.
Калориметриянын негизги формулалары
Калориметриянын негизги формуласы:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
ди мана:
– \( Q \) – жылуулуктун көлөмү (джоул же калория менен)
– \( m \) – заттын массасы (грамм же килограмм менен)
– \( c \) – заттын салыштырма жылуулук сыйымдуулугу (Дж/(г°C) же кал/(г°C) менен)
– \( \Delta T \) - температуранын өзгөрүшү (°C менен)
Калориметриянын түшүнүгүн жана колдонулушун жакшыраак түшүнүү үчүн кээ бир мисал суроолорду жана талкууларды карап көрөлү.
Үлгү суроолор жана талкуу 1
Суроо:
200 граммдык металл кесими 100°C чейин ысытылат, андан кийин 20°C температурадагы 100 грамм сууга малынган. Аралашманын акыркы температурасы 27°C. Металлдын салыштырма жылуулук сыйымдуулугун аныктаңыз! (суунун салыштырма жылуулук сыйымдуулугу = 4,18 Дж/(г°C))
Талкуу:
Биринчи кадам - суу сиңирген жылуулукту эсептөө. Негизги формуланы колдонуу менен:
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot \Delta T_{\text{air}} \]
m_{\text{air}} = 100 грамм, c_{\text{air}} = 4.18 Дж/(г°C) жана d( T_{\text{air}} = 27°C – 20°C = 7°C) болгондо,
\[ Q_{\text{air}} = 100 \убакыт 4.18 \убакыт 7 = 2926 \text{ J} \]
Металл бөлүп чыгарган жылуулук суу сиңирген жылуулукка барабар, ошондуктан:
\[ Q_{\text{metal}} = 2926 \text{ J} \]
Жылуулук формуласын колдонуу:
\[ m_{\text{metal}} \cdot c_{\text{metal}} \cdot \Delta T_{\text{metal}} = Q_{\text{metal}} \]
менен \( m_{\text{metal}} = 200 \) грамм, \(\Delta T_{\text{metal}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
\[ 200 \cdot c_{\text{metal}} \cdot 73 = 2926 \text{ J} \]
\[ c_{\text{metal}} = \frac{2926}{200 \убакыт 73} \]
\[ c_{\text{металл}} = 0.2 \text{ J/(g°C)} \]
Демек, металлдын салыштырма жылуулук сыйымдуулугу 0.2 Дж/(г°C) барабар.
Үлгү суроолор жана талкуу 2
Суроо:
Калориметрдеги 30°C температурадагы 200 г сууга 0°C температурадагы 50 г массадагы муз блогу салынат. Аралашманын жылуулук тең салмактуулугуна жеткенден кийинки акыркы температурасын аныктагыла! (муздун эрүү жылуулугу = 334 Дж/г, суунун салыштырма жылуулугу = 4,18 Дж/г°C)
Талкуу:
Биринчи кадам - музду эритүү үчүн талап кылынган жылуулукту эсептөө:
\[ Q_{\text{melt}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
менен \( m_{\text{es}} = 50 \) грамм жана \( L = 334 \) Дж/г,
\[ Q_{\text{эрүү}} = 50 \убакыт 334 = 16700 \text{ J} \]
Андан кийин, эригенден кийин муз акыркы температурага жетүү үчүн сиңирген жылуулукту табыңыз \( T \) (T аралашманын акыркы температурасы деп эсептесек):
\[ Q_{\text{муздак суу}} = m_{\text{es}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (T – 0°C) \]
менен \( c_{\text{air}} = 4.18 \text{ J/g°C} \),
\[ Q_{\text{суу музу}} = 50 \убакыт 4.18 \убакыт T \]
Муздак суудан бөлүнүп чыккан жылуулук (30°Cден Tге чейин):
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (30°C – T) \]
менен \( m_{\text{air}} = 200 \) грамм,
\[ Q_{\text{air}} = 200 \убакыт 4.18 \убакыт (30 – T) \]
Жылуулук тең салмактуулугунда муз сиңирген жылуулуктун көлөмү (эрип, Т га чейин ысытуу үчүн) суу бөлүп чыгарган жылуулуктун көлөмүнө барабар болот:
\[ Q_{\text{эритилген}} + Q_{\text{муздак суу}} = Q_{\text{суу}} \]
\[ 16700 + 50 \убакыт 4.18 \убакыт T = 200 \убакыт 4.18 \убакыт (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 8360 \убакыт (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 250800 – 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
\[ T = \frac{234100}{8569} \болжол менен 27.3°C \]
Ошентип, аралашманын жылуулук тең салмактуулугуна жеткенден кийинки акыркы температурасы болжол менен 27.3°C түзөт.
Корутунду
Калориметрия - физикалык жана химиялык процессте жылуулук энергиясынын көлөмүн аныктоо үчүн колдонулган физика жана химиядагы маанилүү ыкма. Калориметриянын негизги принциптерин жана формулаларын колдонуп, биз заттын салыштырмалуу жылуулугу, температуранын өзгөрүшү же процессте сиңирилген/бөлүнүп чыккан энергия сыяктуу ар кандай параметрлерди эсептей алабыз. Бул макалада биз калориметрияны түшүнүү контекстинде мисал маселелерди жана алардын чечимдерин карадык. Бул түшүнүктөрдү жакшы түшүнүү ар кандай термодинамикалык маселелерди жана башка практикалык колдонмолорду чечүү үчүн абдан маанилүү.
