7. HMOTNOSTNÁ TEPELNÁ KAPACITA KOVOV

Fyzikálny princíp:
Pri určovaní hmotnostnej tepelnej kapacity tuhej látky použijeme kalorimetrickú metódu, ktorá je založená na princípe tepelnej výmeny. Pri výpočtoch musíme vziať do úvahy tepelnú kapacitu kalorimetra C, pretože okrem kvapalného kúpeľa (najčastejšie vody) sa ohrievajú alebo ochladzujú všetky súčasti kalorimetra (t.j. nádoba, miešačka, teplotná sonda,...). Pri  meraní je kalorimeter čiastočne naplnený vodou alebo inou kvapalinou hmotnosti m1 a teploty t1, ktorej hmotnostná tepelná kapacita c1 je známa. Keď do kalorimetra vložíme tuhú látku hmotnosti m2 ohriatu na teplotu t2, ktorej hmotnostná tepelná kapacitu c2 máme zistiť, dôjde k výmene tepla medzi telesom a celou sústavou kalorimetra. Ak pri tejto výmene sú straty tepla do okolia zanedbateľné, bude opísanú výmenu tepla opisovať rovnica Q=Q1+Q2 (tzv. kalorimetrická rovnica), kde Q je teplo odovzdané telesom, Q1 je teplo prijaté vodou v kalorimetri a Q2 je teplo prijaté kalorimetrom.  

Cieľ:
Určiť hmotnostnú tepelnú kapacitu železa, hliníka a mosadze.

Pomôcky:
zmiešavací kalorimeter, váhy, valčeky z rôznych kovov, kadička, sklenené guličky, voda, varič, kliešte na prenášanie valčekov, dve teplotné sondy, mikropočítač s prevodníkom a meracím panelom, program IP COACH

Príprava:
Zistíme tepelnú kapacitu kalorimetra. Vážením určíme hmotnosť kalorimetra so zátkou a hmotnosť kovového valčeka, ktorého hmotnostnú tepelnú kapacitu budeme zisťovať. Valček vložíme do kalorimetra a zalejeme vodou, aby bol celý ponorený a aby množstvo vody bolo čo najmenšie. Potom ho vyberieme a necháme zohrievať v nádobe s vriacou vodou, v ktorej sú na dne sklenené guličky. Zároveň odvážime kalorimeter s vodou a zátkou. Prírastok hmotnosti kalorimetra po priliatí vody sa rovná hmotnosti vody v kalorimetri. Do kalorimetra vložíme teplotnú sondu pripojenú na kanál 1 meracieho panela, ktorá je upevnená vo vrchnáku kalorimetra. Na kanál 2 pripojíme druhú sondu, ktorou budeme merať teplotu valčeka pred vložením do kalorimetra. Kanály 1, 2 okalibrujeme na meranie teploty a dobu merania nastavíme na 500s.

Realizácia:
Spustíme meranie teploty. Po 150s vyberieme valček z vody, rýchlo ho osušíme a vložíme do kalorimetra. Keďže pre výpočty je dôležitá teplota vody v kalorimetri, ktorá je nameraná tesne pred vložením valčeka do kalorimetra, vkladáme valček tak, aby teplotná sonda 1 bola ponorená. Za stáleho miešania vody v kalorimetri sledujeme teplotu na monitore a po jej ustálení ukončíme meranie. Výsledky uložíme na disk.

Spracovanie:
V programe Multiskop alebo Spracovanie odčítame teplotu vody v kalorimetri pred vložením valčeka a výslednú teplotu po dosiahnutí termodynamickej rovnováhy. Z grafu B zistíme teplotu horúcej vody, v ktorej sme zohrievali valček. Na základe kalorimetrickej rovnice vypočítame hmotnostnú tepelnú kapacitu kovu, z ktorého je valček vyrobený.

Poznámka:
Namiesto kalorimetra môžeme použiť termosku, len musíme byť veľmi opatrní, aby sme ju nerozbili.