בייַשפּיל פֿון קאַלאָרימעטריע דיסקוסיע פֿראַגעס
אין פיזיק, איז קאַלאָרימעטריע אַ צווייַג פון וויסנשאַפֿט וואָס שטודירט די מעסטונג פון היץ אין כעמישע רעאַקציעס אָדער פיזישע ענדערונגען. דער אינסטרומענט געניצט צו מעסטן די סומע פון היץ ווערט גערופן אַ קאַלאָרימעטער. קאַלאָרימעטריע שפּילט אַ קריטישע ראָלע, ספּעציעל אין טערמאָדינאַמיק און פיזישער כעמיע, וואו ענדערונגען אין טערמישער ענערגיע ווערן באַאָבאַכטעט און געמאָסטן.
גרונטלעכע פּרינציפּן פון קאַלאָרימעטריע
דער גרונט־פּרינציפּ פֿון קאַלאָרימעטריע איז באַזירט אויף דעם געזעץ פֿון ענערגיע־קאָנסערוואַציע, נעמלעך אַז ענערגיע קען ניט ווערן באַשאַפֿן און ניט חרובֿ, נאָר קען נאָר ווערן טראַנספֿאָרמירט פֿון איין פֿאָרעם פֿון ענערגיע צו אַן אַנדערער. אין קאָנטעקסט פֿון קאַלאָרימעטריע, מוז די היץ־ענערגיע וואָס ווערט פֿאַרלוירן דורך דער סיסטעם זײַן גלייך צו דער היץ־ענערגיע וואָס ווערט אַבזאָרבירט דורך דער סבֿיבֿה. דער הויפּט־געצייַג אין קאַלאָרימעטריע־עקספּערימענטן איז געוויינטלעך אַ קאַלאָרימעטער, וואָס קען זײַן אַ פּשוטער קאַלאָרימעטער, נעמלעך אַ וואַסער־קאַלאָרימעטער, אָדער אַ מער קאָמפּליצירטער קאַלאָרימעטער, ווי אַ באָמבע־קאַלאָרימעטער.
גרונטלעכע קאַלאָרימעטריע פאָרמולעס
די גרונט־פאָרמולע אין קאַלאָרימעטריע איז:
[Q = m ⋅c ⋅Deltat]
די מאנא:
– \(Q \) איז די מאָס היץ (אין דזשולס אדער קאַלאָריעס)
– \(m \) איז די מאַסע פֿון דער סובסטאַנץ (אין גראַמען אָדער קילאָגראַמען)
– \(c \) איז די ספעציפישע היץ פון דער סובסטאנץ (אין דזש/(g°C) אדער קאל/(g°C))
– \( \DeltaT \) איז די ענדערונג אין טעמפּעראַטור (אין °C)
לאָמיר קוקן אויף עטלעכע בייַשפּיל פֿראַגעס און דיסקוסיעס צו בעסער פֿאַרשטיין דעם באַגריף און אַפּליקאַציע פֿון קאַלאָרימעטריע.
בייַשפּיל פֿראַגעס און דיסקוסיע 1
פראגע:
א 200 גראַם שטיק מעטאַל ווערט געהייצט צו 100°C און דערנאָך איינגעטונקען אין 100 גראַם וואַסער ביי 20°C. די לעצטע טעמפּעראַטור פון דער געמיש איז 27°C. באַשטימט די ספּעציפֿישע היץ פון דעם מעטאַל! (ספּעציפֿישע היץ פון וואַסער = 4,18 J/(g°C))
פֿאַרעפֿנטלעכט:
דער ערשטער שריט איז צו רעכענען די היץ וואָס ווערט אַבזאָרבירט דורך דעם וואַסער. ניצנדיק די גרונט־פאָרמולע:
[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} c_{\text{air}} Delta T_{\text{air}}]
מיט \(m_{\text{air}} = 100 \) גראַם, \(c_{\text{air}} = 4.18 \) דזש/(g°C), און \(ΔT_{\text{air}} = 27°C – 20°C = 7°C \),
\[ Q_{\text{air}} = 100 \times 4.18 \times 7 = 2926 \text{J} \]
די היץ וואָס ווערט אַרויסגעלאָזט דורך דעם מעטאַל איז די זעלבע ווי די היץ וואָס ווערט אַבזאָרבירט דורך דעם וואַסער, אַזוי:
\[ Q_{\text{מעטאל}} = 2926 \text{ J} \]
ניצן די היץ פאָרמולע:
[m_{\text{metal}} c_{\text{metal}} \cdot \Delta T_{\text{metal}} = Q_{\text{metal}}]
מיט \(m_{\text{metal}} = 200 \) גראַם, \(\Delta T_{\text{metal}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
[200 c_{metal} 73 = 2926 J]
\[ c_{\text{מעטאל}} = \frac{2926}{200 \times 73} \]
\[ c_{\text{מעטאל}} = 0.2 \text{ דזש/(g°C)} \]
אַזוי, די ספּעציפֿישע היץ פֿון מעטאַל איז 0.2 דזש/(ג°C).
בייַשפּיל פֿראַגעס און דיסקוסיע 2
פראגע:
א בלאָק אייז מיט אַ מאַסע פון 50 ג ביי אַ טעמפּעראַטור פון 0°C ווערט געלייגט אין 200 ג וואַסער ביי אַ טעמפּעראַטור פון 30°C אין אַ קאַלאָרימעטער. באַשטימט די לעצטע טעמפּעראַטור פון דער געמיש נאָך דערגרייכן טערמישן גלייכגעוויכט! (היץ פון צונויפגיסן פון אייז = 334 דזש/ג, ספּעציפֿישע היץ פון וואַסער = 4,18 דזש/ג°C)
פֿאַרעפֿנטלעכט:
דער ערשטער שריט איז צו רעכענען די היץ וואָס איז נויטיק צו צעשמעלצן דאָס אייז:
\[ Q_{\text{melt}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
מיט \(m_{\text{es}} = 50 \) גראַם און \(L = 334 \) דזש/ג,
\[ Q_{\text{שמעלצן}} = 50 \times 334 = 16700 \text{ J} \]
ווייטער, געפינט די היץ וואָס ווערט אַבזאָרבירט דורך דעם אייז נאָך דעם וואָס עס צעשמעלצט זיך צו דערגרייכן די לעצטע טעמפּעראַטור \(T \) (אַננעמענדיג אַז T איז די לעצטע טעמפּעראַטור פון דער געמיש):
[Q_{\text{אייז־וואַסער}} = m_{\text{es}} c_{\text{לופט}} (T – 0°C)]
מיט \( c_{\text{לופט}} = 4.18 \text{ דזש/ג°C} \),
\[ Q_{\text{וואַסער אייז}} = 50 \times 4.18 \times T \]
היץ ארויסגעלאָזט דורך קאַלט וואַסער (פון 30°C ביז T):
[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} c_{\text{air}} (30°C – T)]
מיט \( m_{\text{air}} = 200 \) גראַם,
\[ Q_{\text{air}} = 200 \times 4.18 \times (30 – T) \]
ביי טערמישן גלייכגעוויכט, וועט די מאָס היץ וואָס ווערט אַבזאָרבירט דורך דעם אייז (צו צעשמעלצן און היץ צו T) זיין גלייך צו דער מאָס היץ וואָס ווערט באַפרייט דורך דעם וואַסער:
\[ Q_{\text{שמעלצן}} + Q_{\text{אייז וואסער}} = Q_{\text{וואסער}} \]
[16700 + 50 × 4.18 × T = 200 × 4.18 × (30 – T)]
\[ 16700 + 209T = 8360 \מאל (30 – T) \]
\[ 16700 + 209ט = 250800 - 8360ט \]
\[ 8569T = 234100 \]
[ט = \frac{234100}{8569} \אומגעפער 27.3°C \]
אזוי, די לעצטע טעמפּעראַטור פון דער געמיש נאָך דערגרייכן טערמישן גלייכגעוויכט איז וועגן 27.3°C.
קעסימפּולאַן
קאַלאָרימעטריע איז אַ וויכטיקע טעכניק אין פיזיק און כעמיע וואָס ווערט גענוצט צו באַשטימען די מאָס היץ-ענערגיע אין אַ פיזישן אָדער כעמישן פּראָצעס. ניצנדיק די גרונט-פּרינציפּן און פֿאָרמולעס פֿון קאַלאָרימעטריע, קענען מיר רעכענען פֿאַרשידענע פּאַראַמעטערס ווי די ספּעציפֿישע היץ פֿון אַ סובסטאַנץ, די ענדערונג אין טעמפּעראַטור, אָדער די ענערגיע וואָס ווערט אַבזאָרבירט/באַפֿרײַט אין אַ פּראָצעס. אין דעם אַרטיקל האָבן מיר געקוקט אויף בייַשפּיל פּראָבלעמען און זייערע לייזונגען אין דעם קאָנטעקסט פֿון פֿאַרשטיין קאַלאָרימעטריע. אַ גוט פֿאַרשטאַנד פֿון די קאָנצעפּטן איז וויכטיק פֿאַר סאָלווען פֿאַרשידענע טערמאָדינאַמישע פּראָבלעמען און אַנדערע פּראַקטישע אַפּליקאַציעס.
