Ohatra amin'ny Fanontaniana Fifanakalozan-kevitra momba ny Kalorimetria
Ao amin'ny fizika, ny kalorimetria dia sampana iray amin'ny siansa izay mandinika ny fandrefesana ny hafanana amin'ny fihetsika simika na fiovana ara-batana. Ny fitaovana ampiasaina handrefesana ny habetsaky ny hafanana dia antsoina hoe kalorimetria. Ny kalorimetria dia mitana anjara toerana lehibe, indrindra amin'ny termodinamika sy simia ara-batana, izay ahitana ny fandinihana sy fandrefesana ny fiovan'ny angovo mafana.
Fitsipika fototra amin'ny Kalorimetria
Ny foto-kevitra fototry ny kalorimetria dia mifototra amin'ny lalàn'ny fiarovana ny angovo, izany hoe tsy azo foronina na ravana ny angovo, fa azo ovaina avy amin'ny endrika angovo iray mankany amin'ny iray hafa ihany. Ao anatin'ny kalorimetria, ny angovon'ny hafanana very ao amin'ny rafitra dia tsy maintsy mitovy amin'ny angovon'ny hafanana voarain'ny tontolo iainana. Ny fitaovana fototra amin'ny andrana kalorimetria dia matetika kalorimetria, izay mety ho kalorimetria tsotra, izany hoe kalorimetria rano, na kalorimetria sarotra kokoa, toy ny kalorimetria baomba.
Raikipohy Kalorimetria fototra
Ny raikipohy fototra amin'ny kalorimetria dia:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
Aiza:
– \( Q \) dia ny habetsaky ny hafanana (amin'ny joules na kaloria)
– \( m \) dia ny lanjan'ny zavatra (amin'ny grama na kilao)
– \( c \) dia ny hafanana manokan'ny zavatra (amin'ny J/(g°C) na cal/(g°C))
– \( \Delta T \) dia ny fiovan'ny mari-pana (amin'ny °C)
Andeha hojerentsika ny ohatra amin'ny fanontaniana sy ny fifanakalozan-kevitra mba hahatakarana bebe kokoa ny foto-kevitra sy ny fampiharana ny kalorimetria.
Fanontaniana sy Fifanakalozan-kevitra ohatra 1
Fanontaniana:
Hafanaina hatramin'ny 100°C ny metaly 200 grama ary atsoboka ao anaty rano 100 grama amin'ny 20°C. Ny mari-pana farany amin'ilay fangaro dia 27°C. Fantaro ny hafanana manokan'ilay metaly! (hafanana manokan'ny rano = 4,18 J/(g°C))
Dinika:
Ny dingana voalohany dia ny kajy ny hafanana voarain'ny rano. Amin'ny fampiasana ny raikipohy fototra:
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot \Delta T_{\text{air}} \]
Miaraka amin'ny \( m_{\text{air}} = 100 \) grama, \( c_{\text{air}} = 4.18 \) J/(g°C), ary \( \Delta T_{\text{air}} = 27°C – 20°C = 7°C \),
Q_{\text{air}} = 100 \times 4.18 \times 7 = 2926 \text{J} \]
Mitovy amin'ny hafanana voarain'ny rano ny hafanana avoakan'ny metaly, ka:
\[ Q_{\text{metaly}} = 2926 \text{ J} \]
Mampiasa ny raikipohy hafanana:
\[ m_{\text{metaly}} \cdot c_{\text{metaly}} \cdot \Delta T_{\text{metaly}} = Q_{\text{metaly}} \]
miaraka amin'ny \( m_{\text{metal}} = 200 \) grama, \(\Delta T_{\text{metal}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
\[ 200 \cdot c_{\text{metaly}} \cdot 73 = 2926 \text{ J} \]
\[ c_{\text{metal}} = \frac{2926}{200 \times 73} \]
c_{\text{metaly}} = 0.2 J/(g°C)}
Noho izany, ny hafanana manokan'ny metaly dia 0.2 J/(g°C).
Fanontaniana sy Fifanakalozan-kevitra ohatra 2
Fanontaniana:
Apetraka ao anaty rano 200 g amin'ny mari-pana 30°C ao anaty kalorimetatra ny vongan-dranomandry milanja 50 g amin'ny mari-pana 0°C. Fantaro ny mari-pana farany amin'ny fangaro rehefa mahatratra ny fifandanjana ara-hafanana! (hafanan'ny fifangaroan'ny ranomandry = 334 J/g, hafanana manokan'ny rano = 4,18 J/g°C)
Dinika:
Ny dingana voalohany dia ny kajy ny hafanana ilaina mba handrendrehana ny ranomandry:
\[ Q_{\text{melt}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
miaraka amin'ny \( m_{\text{es}} = 50 \) grama ary \( L = 334 \) J/g,
\[ Q_{\text{fifangaroana}} = 50 \times 334 = 16700 \text{ J} \]
Manaraka, tadiavo ny hafanana voarain'ny ranomandry rehefa avy levona mba hahatratrarana ny mari-pana farany \( T \) (raha heverina fa ny T no mari-pana farany amin'ny fangaro):
\[ Q_{\text{rano mangatsiaka}} = m_{\text{es}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (T – 0°C) \]
miaraka amin'ny \( c_{\text{air}} = 4.18 \text{ J/g°C} \),
\[ Q_{\text{rano ranomandry}} = 50 \times 4.18 \times T \]
Hafanana avoakan'ny rano mangatsiaka (manomboka amin'ny 30°C ka hatramin'ny T):
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (30°C – T) \]
miaraka amin'ny \( m_{\text{air}} = 200 \) grama,
Q_{\text{air}} = 200 x 4.18 (30 – T)
Amin'ny fifandanjana ara-thermal, ny habetsaky ny hafanana voarain'ny ranomandry (izay mitsonika sy mafana hatramin'ny T) dia hitovy amin'ny habetsaky ny hafanana avoakan'ny rano:
\[ Q_{\text{melt}} + Q_{\text{rano mangatsiaka}} = Q_{\text{rano}} \]
16700 + 50 x 4.18 x T = 200 x 4.18 x (30 – T)
\[ 16700 + 209T = 8360 x (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 250800 – 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
\[ T = \frac{234100}{8569} \eo amin'ny 27.3°C \]
Noho izany, ny mari-pana farany amin'ny fangaro rehefa mahatratra ny fifandanjana mafana dia eo amin'ny 27.3°C eo ho eo.
Famaranana
Teknika manan-danja amin'ny fizika sy simia ny kalorimetria izay ampiasaina hamaritana ny habetsaky ny angovon'ny hafanana amin'ny dingana ara-batana na simika. Amin'ny fampiasana ireo fitsipika fototra sy raikipohy momba ny kalorimetria, dia afaka manisa ireo masontsivana isan-karazany isika toy ny hafanana manokan'ny zavatra iray, ny fiovan'ny mari-pana, na ny angovo voaray/avoaka amin'ny dingana iray. Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia nijery ohatra amin'ny olana sy ny vahaolana amin'izany isika ao anatin'ny fahatakarana ny kalorimetria. Ny fahatakarana tsara ireo hevitra ireo dia tena ilaina amin'ny famahana olana termodinamika isan-karazany sy ny fampiharana azo ampiharina hafa.
