Намунаи саволҳои баҳсӣ оид ба калориметрия
Дар физика, калориметрия як соҳаи илм аст, ки ченкунии гармиро дар реаксияҳои кимиёвӣ ё тағйироти физикӣ меомӯзад. Асбобе, ки барои чен кардани миқдори гармӣ истифода мешавад, калориметр номида мешавад. Калориметрия нақши муҳим дорад, махсусан дар термодинамика ва химияи физикӣ, ки дар он тағйирот дар энергияи гармӣ мушоҳида ва чен карда мешаванд.
Принсипҳои асосии калориметрӣ
Принсипи асосии калориметрия ба қонуни ҳифзи энергия асос ёфтааст, яъне энергияро на ба вуҷуд овардан ва на нобуд кардан мумкин аст, балки онро танҳо аз як шакли энергия ба шакли дигар табдил додан мумкин аст. Дар заминаи калориметрия, энергияи гармии аз даст додашуда аз ҷониби система бояд ба энергияи гармии аз ҷониби муҳити зист ҷаббидашуда баробар бошад. Асбоби асосӣ дар таҷрибаҳои калориметрӣ одатан калориметр аст, ки метавонад калориметри оддӣ, яъне калориметри об ё калориметри мураккабтар, ба монанди калориметри бомба бошад.
Формулаҳои асосии калориметрӣ
Формулаи асосӣ дар калориметрия чунин аст:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
ди мана:
– \( Q \) миқдори гармӣ (бо ҷоул ё калория) аст
– (м) массаи модда (бо грамм ё килограмм) аст
– \( c \) гармии хоси модда аст (дар Ҷ/(г°C) ё кал/(г°C))
– \( \Delta T \) тағйироти ҳарорат (бо °C) аст
Биёед ба баъзе саволҳо ва муҳокимаҳои намунавӣ барои беҳтар фаҳмидани мафҳум ва татбиқи калориметрӣ назар андозем.
Намунаҳои саволҳо ва муҳокима 1
Савол:
Як пораи металли 200 граммӣ то 100°C гарм карда мешавад ва сипас онро дар 100 грамм об дар ҳарорати 20°C тар мекунанд. Ҳарорати ниҳоии омехта 27°C аст. Гармии хоси металлро муайян кунед! (гармии хоси об = 4,18 Ҷ/(г°C))
Муҳокима:
Қадами аввал ҳисоб кардани гармии аз ҷониби об ҷаббидашуда мебошад. Бо истифода аз формулаи асосӣ:
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot \Delta T_{\text{air}} \]
Бо m_{\text{air}} = 100 грамм, c_{\text{air}} = 4.18 Ҷ/(г°C), ва T_{\text{air}} = 27°C – 20°C = 7°C,
\[ Q_{\text{air}} = 100 \times 4.18 \times 7 = 2926 \text{ J} \]
Гармии аз ҷониби металл ҷудошуда ба гармии аз ҷониби об ҷаббидашуда баробар аст, бинобар ин:
\[ Q_{\text{metal}} = 2926 \text{ J} \]
Бо истифода аз формулаи гармӣ:
\[ m_{\text{metal}} \cdot c_{\text{metal}} \cdot \Delta T_{\text{metal}} = Q_{\text{metal}} \]
бо m_{\text{metal}} = 200 грамм, (\Delta T_{\text{metal}} = 100°C – 27°C = 73°C),
\[ 200 \cdot c_{\text{metal}} \cdot 73 = 2926 \text{ J} \]
\[ c_{\text{metal}} = \frac{2926}{200 \times 73} \]
\[ c_{\text{metal}} = 0.2 \text{ J/(g°C)} \]
Пас, гармии хоси металл 0.2 Ҷ/(г°C) аст.
Намунаҳои саволҳо ва муҳокима 2
Савол:
Як порчаи ях бо массаи 50 г дар ҳарорати 0°C дар 200 г об бо ҳарорати 30°C дар калориметр ҷойгир карда мешавад. Ҳарорати ниҳоии омехтаро пас аз расидан ба мувозинати гармӣ муайян кунед! (гармии омехташавии ях = 334 Ҷ/г, гармии хоси об = 4,18 Ҷ/г°C)
Муҳокима:
Қадами аввал ҳисоб кардани гармии лозимӣ барои обшавии ях аст:
\[ Q_{\text{melt}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
бо �( m_{\text{es}} = 50 �() грамм ва �( L = 334 �() Ҷ/г,
\[ Q_{\text{melting}} = 50 \times 334 = 16700 \text{ J} \]
Сипас, гармии аз ҷониби ях пас аз обшавӣ ҷаббидашударо барои расидан ба ҳарорати ниҳоӣ ёбед (бо назардошти он ки T ҳарорати ниҳоии омехта аст):
\[ Q_{\text{оби яхбаста}} = m_{\text{es}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (T – 0°C) \]
бо \( c_{\text{air}} = 4.18 \text{ J/g°C} \),
\[ Q_{\text{оби ях}} = 50 маротиба 4.18 маротиба T \]
Гармии аз оби хунук ҷудошуда (аз 30°C то T):
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (30°C – T) \]
бо m_{\text{air}} = 200 грамм,
\[ Q_{\text{air}} = 200 \вақт 4.18 \вақт (30 – T) \]
Дар ҳолати мувозинати гармӣ, миқдори гармии аз ҷониби ях ҷаббидашуда (барои об шудан ва гарм кардан ба Т) ба миқдори гармии аз ҷониби об хориҷшуда баробар хоҳад буд:
\[ Q_{\text{об}} + Q_{\text{оби ях}} = Q_{\text{об}} \]
\[ 16700 + 50 маротиба 4.18 маротиба T = 200 маротиба 4.18 маротиба (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 8360 \ маротиба (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 250800 - 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
\[ T = \frac{234100}{8569} \тақрибан 27.3°C \]
Ҳамин тариқ, ҳарорати ниҳоии омехта пас аз расидан ба мувозинати гармӣ тақрибан 27.3°C аст.
Хулоса
Калориметрия як усули муҳим дар физика ва химия мебошад, ки барои муайян кардани миқдори энергияи гармӣ дар раванди физикӣ ё химиявӣ истифода мешавад. Бо истифода аз принсипҳо ва формулаҳои асосии калориметрия, мо метавонем параметрҳои гуногунро, ба монанди гармии мушаххаси модда, тағирёбии ҳарорат ё энергияи ҷаббида/ҷудошуда дар раванд, ҳисоб кунем. Дар ин мақола, мо ба мисолҳои масъалаҳо ва роҳҳои ҳалли онҳо дар заминаи фаҳмидани калориметрия назар кардем. Фаҳмиши хуби ин мафҳумҳо барои ҳалли масъалаҳои гуногуни термодинамикӣ ва дигар татбиқҳои амалӣ муҳим аст.
