Comment faire pour déterminer la capacité calorifique d'un métal inconnu

July 11

La capacité thermique spécifique, parfois appelée simplement «capacité calorifique» d'une substance reflète la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 gramme de la substance par 1 degré Celsius. Les scientifiques expriment généralement la capacité thermique en unités de joules par gramme par degré Celsius, J / gC, ou de calories par gramme par degré Celsius, cal / gC, et de mesurer avec une technique connue sous le nom de calorimétrie. Calorimétrie implique généralement le chauffage de l'échantillon, puis le plonger dans l'eau froide. Vous calculerez la chaleur transférée à l'eau à partir du métal, puis utiliser cette valeur pour calculer la chaleur spécifique du métal.

Instructions

La collecte des données

1 Peser environ 25 grammes de métal inconnu sur un équilibre. Si l'échantillon est composé d'un seul morceau de métal, il suffit de peser l'échantillon dans son intégralité. Notez cette masse en grammes comme "masse de métal" pour référence future. Transférer le métal à un grand tube à essai.

2 Peser une styromousse tasse vide et enregistrer sa masse en grammes que "Masse de tasse vide." Puis ajouter environ 100 millilitres, ou 3,4 onces, d'eau distillée et le peser à nouveau. Notez cette masse comme «masse de la coupe et de l'eau."

3 Insérer un thermomètre dans l'eau dans la tasse et régler la tasse de côté.

4 Préparer un bain d'eau chaude en remplissant une grande poêle à bêcher ou de la sauce à moitié plein avec de l'eau du robinet et l'amener à ébullition sur un brûleur ou une plaque chauffante.

5 Placez le tube à essai contenant le métal dans le bain d'eau bouillante et insérer un second thermomètre dans le tube à essai afin que les contacts de l'ampoule du thermomètre de l'échantillon métallique. Laisser l'échantillon à la chaleur dans le bain d'eau jusqu'à ce que la température du métal dépasse 90 degrés Celsius.

6 Lire le thermomètre du tube d'essai dans la tasse de styromousse et enregistrer cette valeur comme «température de l'eau initiale." Ensuite, lisez le thermomètre dans le tube à essai avec le métal et enregistrer cette température comme "la température du métal initial."

7 Retirer le thermomètre du tube de test, saisir le tube avec des pinces, et vider l'échantillon de métal chaud dans la tasse de styromousse contenant l'eau. Utilisez le thermomètre pour remuer l'eau tout en contrôlant simultanément la température de l'eau. Continuer de remuer jusqu'à ce que la température atteint un maximum, puis commence à baisser. Noter la température maximale observée comme "la température finale."

Effectuer les calculs

8 Calculer la masse d'eau dans la tasse en soustrayant la masse de la tasse vide de la masse de la coupe et de l'eau ensemble. Par exemple, si la tasse vide pesait 3,8 grammes et la coupe et l'eau pesait 101,9 grammes, alors la masse d'eau est, 101,9 - 3,8 = 98,1 grammes.

9 Déterminer la variation de la température de l'eau en soustrayant la température initiale de l'eau à partir de la température finale. Ainsi, si la température de l'eau était de 25,5 degrés Celsius avant que le métal a été ajouté et a augmenté à 27,0 degrés, alors la variation de la température était de 27,0 à 25,5 = 1,5 degrés Celsius.

dix Calculer la chaleur acquise par l'eau en multipliant la masse de l'eau par son changement de température et par sa chaleur spécifique, ou 4,184 J / gC. En reprenant l'exemple précédent, cela donnerait 98,1

1,5 4.184 = 616 joules. Par les lois de la thermodynamique, ceci est aussi égale à la quantité de chaleur perdue par le métal.

11 Déterminer le changement de température du métal en soustrayant la température finale de l'eau - dans laquelle le métal a été immergée - à partir de la température du métal initial. Par exemple, si le métal était de 98,5 degrés Celsius et est tombé à 27,0 degrés Celsius, puis son changement de température est de 98,5 - 71,5 = 27 degrés Celsius.

12 Calculer la chaleur spécifique du métal en divisant la chaleur perdue par le métal en masse et la température de changement de métal multiplié ensemble. En reprenant l'exemple précédent, cela donnerait une chaleur spécifique de 616 joules / (25,0 g * 71,5 C) = 0,345 J / gC.

Conseils et avertissements

  • Quelques références expriment la capacité de chaleur en joules par gramme et par Kelvin. Ceci est numériquement identique à joules par gramme par degré Celsius, car cela représente la variation de la température et l'incrément entre les degrés est identique sur le Celsius et Kelvin échelles. Ainsi, un changement de 25 degrés Celsius est identique à un changement de 25 degrés Kelvin.
  • Le métal chaud peut produire de la vapeur lorsqu'il est ajouté à l'eau fraîche. En tant que tel, l'utilisation de lunettes de protection est fortement recommandé.