Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè Ìjíròrò Kálórìmétrì
Nínú ìmọ̀ fisiksi, calorimetry jẹ́ ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì kan tí ó ń ṣe àyẹ̀wò ìwọ̀n ooru nínú àwọn ìṣesí kẹ́míkà tàbí àwọn ìyípadà ti ara. Ohun èlò tí a ń lò láti wọn iye ooru ni a ń pè ní calorimeter. Calorimetry kó ipa pàtàkì, pàápàá jùlọ nínú thermodynamics àti kemistri ti ara, níbi tí a ti ń rí àti wíwọ̀n àwọn ìyípadà nínú agbára ooru.
Awọn Ilana Ipilẹ ti Kalorimetry
Ìlànà ìpìlẹ̀ ti calorimetry da lórí òfin ìpamọ́ agbára, èyí ni pé a kò le ṣẹ̀dá tàbí parun agbára, ṣùgbọ́n a le yípadà láti oríṣi agbára kan sí òmíràn. Ní ti calorimetry, agbára ooru tí ètò náà pàdánù gbọ́dọ̀ dọ́gba pẹ̀lú agbára ooru tí àyíká gbà. Ohun èlò pàtàkì nínú àwọn ìwádìí calorimetry sábà máa ń jẹ́ calorimeter, èyí tí ó lè jẹ́ calorimeter tí ó rọrùn, èyí ni calorimeter omi, tàbí calorimeter tí ó díjú jù, bíi calorimeter bomb.
Àwọn Fọ́múlá Ìwọ̀n Kọ́láímẹ́trì
Ilana ipilẹ ninu kalorimetry jẹ:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
iṣẹ́ mi:
– \( Q \) ni iye ooru (ninu awọn joules tabi awọn kalori)
– \( m \) ni iwuwo ohun naa (ni giramu tabi kilogiramu)
– \( c \) ni ooru pàtó ti nkan naa (ni J/(g°C) tabi cal/(g°C))
– \( \Delta T \) ni iyipada ninu iwọn otutu (ni °C)
Ẹ jẹ́ ká wo àwọn àpẹẹrẹ ìbéèrè àti ìjíròrò láti lóye èrò àti ìlò calorimetry dáadáa.
Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè àti Ìjíròrò 1
Ìbéèrè:
A o fi irin 200 giramu gbona si 100°C, a o si fi sinu omi 100 giramu ni 20°C. Iwọn otutu ikẹhin ti adalu naa jẹ 27°C. Pinnu ooru pato ti irin naa! (ooru omi pato = 4,18 J/(g°C))
Ìjíròrò:
Igbesẹ akọkọ ni lati ṣe iṣiro ooru ti omi gba. Lilo agbekalẹ ipilẹ:
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot \Delta T_{\text{air}} \]
Pẹ̀lú \( m_{\text{air}} = 100 \) giramu, \( c_{\text{air}} = 4.18 \) J/(g°C), àti \( \Delta T_{\text{air}} = 27°C – 20°C = 7°C \),
\[ Q_{\text{air}} = 100 \times 4.18 \times 7 = 2926 \text{ J} \]
Ooru ti irin naa n tu jade jẹ kanna bi ooru ti omi n gba, nitorinaa:
\[ Q_{\text{metal}} = 2926 \text{ J} \]
Lilo agbekalẹ ooru:
\[ m_{\text{metal}} \cdot c_{\text{metal}} \cdot \Delta T_{\text{metal}} = Q_{\text{metal}} \]
pẹ̀lú \( m_{\text{metal}} = 200 \) giramu, \(\Delta T_{\text{metal}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
\[ 200 \cdot c_{\text{metal}} \cdot 73 = 2926 \text{ J} \]
\[ c_{\text{metal}} = \frac{2926}{200 \times 73} \]
\[ c_{\text{metal}} = 0.2 \text{ J/(g°C)} \]
Nítorí náà, ooru pàtó ti irin jẹ́ 0.2 J/(g°C).
Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè àti Ìjíròrò 2
Ìbéèrè:
A gbé dídì yìnyín kan tí ìwọ̀n rẹ̀ jẹ́ 50 g ní ìwọ̀n otútù 0°C sínú 200 g omi ní ìwọ̀n otútù 30°C nínú calorimeter kan. Pinnu ìwọ̀n otútù ìkẹyìn ti adalu náà lẹ́yìn tí ó bá dé ìwọ̀n otútù ooru! (ooru ìdàpọ̀ yìnyín = 334 J/g, ooru omi pàtó = 4,18 J/g°C)
Ìjíròrò:
Igbesẹ akọkọ ni lati ṣe iṣiro ooru ti o nilo lati yo yinyin naa:
\[ Q_{\text{melt}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
pẹ̀lú \( m_{\text{es}} = 50 \) giramu àti \( L = 334 \) J/g,
\[ Q_{\text{melting}} = 50 \times 334 = 16700 \text{ J} \]
Lẹ́yìn náà, wá ooru tí yìnyín gbà lẹ́yìn tí ó yọ́ kí ó tó dé ìwọ̀n otútù ìkẹyìn \(T \) (tí a bá gbà pé T ni ìwọ̀n otútù ìkẹyìn ti adalu náà):
\[ Q_{\text{omi yinyin}} = m_{\text{es}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (T – 0°C) \]
pẹ̀lú \( c_{\text{air}} = 4.18 \text{ J/g°C} \),
\[ Q_{\text{omi yinyin}} = 50 \igba 4.18 \igba T \]
Ooru ti omi tutu (lati 30°C si T) n tu silẹ:
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (30°C – T) \]
pẹ̀lú \( m_{\text{air}} = 200 \) giramu,
\[ Q_{\text{air}} = 200 \igba 4.18 \igba (30 – T) \]
Ní ìwọ̀n ooru, iye ooru tí yìnyín gbà (láti yọ́ kí ó sì gbóná sí T) yóò dọ́gba pẹ̀lú iye ooru tí omi ń tú jáde:
\[ Q_{\text{melt}} + Q_{\text{omi yinyin}} = Q_{\text{omi}} \]
\[ 16700 + 50 \igba 4.18 \ìgbà T = 200 \ìgbà 4.18 \ìgbà (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 8360 \igba (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 250800 – 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
\[ T = \frac{234100}{8569} \nnọ́mbà 27.3°C \]
Nítorí náà, iwọn otutu ikẹhin ti adalu lẹhin ti o de iwọn otutu ooru jẹ nipa 27.3°C.
Ipari
Calorimetry jẹ́ ọ̀nà pàtàkì nínú fisiksi àti kemistri tí a lò láti pinnu iye agbára ooru nínú ilana ti ara tàbí kemikali. Nípa lílo àwọn ìlànà àti àwọn agbekalẹ̀ calorimetry, a lè ṣírò onírúurú pàrámítà bíi ooru pàtó ti ohun kan, ìyípadà nínú iwọn otutu, tàbí agbára tí a gbà/tí a tú jáde nínú ilana kan. Nínú àpilẹ̀kọ yìí, a ti wo àpẹẹrẹ àwọn ìṣòro àti àwọn ìdáhùn wọn ní ìbámu pẹ̀lú òye calorimetry. Òye tó dára nípa àwọn èrò wọ̀nyí ṣe pàtàkì fún yíyanjú onírúurú ìṣòro thermodynamic àti àwọn ohun èlò míràn tó wúlò.
