Сегодня я хочу поделиться с вами своим опытом эксперимента с калориметром. Я решил рассмотреть ситуацию, когда в калориметр, содержащий 400 г льда при температуре -10 °С, наливают 0,3 л кипятка при температуре 100 °С, и вычислить температуру, которая установится в калориметре после завершения теплообмена.Первым делом, я решил определить количество теплоты, которое необходимо передать льду, чтобы его нагреть до температуры плавления и затем расплавить. Для этого я использовал удельную теплоемкость льда и удельную теплоту плавления льда.Удельная теплоемкость льда составляет 2100 Дж/г °С, а удельная теплота плавления льда равна 330 кДж/г. Таким образом, для нагревания льда изначальной температуры -10 °С до температуры плавления (0 °С), мне понадобится следующее количество теплоты⁚
Теплота для нагревания льда масса льда * удельная теплоемкость льда * (температура плавления ౼ начальная температура) 400 г * 2100 Дж/г °С * (0 °С ⏤ (-10 °С)) 84000 Дж (или 84 кДж).
Затем я учел количество теплоты, которое выделяется при охлаждении и затем замерзании кипятка. Удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж/г °С. Так как масса воды равна 0,3 л, которые однако необходимо перевести в граммы, учтем это.Масса воды 0,3 л * 1000 г/л 300 г.Температура, которую выделяет охлаждение кипятка, будет равна⁚
Теплота, выделяющаяся при охлаждении кипятка масса воды * удельная теплоемкость воды * (начальная температура кипятка ౼ температура плавления льда) 300 г * 4200 Дж/г °С * (100 °С ౼ 0 °С) 12600000 Дж (или 12600 кДж).Теперь я могу сложить все количества теплоты, чтобы получить общее количество теплоты, освобождающееся при теплообмене⁚
Общая теплота теплота для нагревания льда теплота, выделяющаяся при охлаждении кипятка 84000 Дж 12600000 Дж 12684000 Дж (или 12684 кДж).Наконец٫ я могу использовать закон сохранения энергии и уравновесить общую теплоту и изменение внутренней энергии калориметра⁚
Общая теплота изменение внутренней энергии калориметра. Масса калориметра масса льда масса воды 400 г 300 г 700 г. Изменение внутренней энергии калориметра масса калориметра * удельная теплоемкость воды * изменение температуры. Температура калориметра после завершения теплообмена изменение внутренней энергии калориметра / (масса калориметра * удельная теплоемкость воды) 12684000 Дж / (700 г * 4200 Дж/г °С) ≈ 5,005 °С. Таким образом, температура, которая установится в калориметре после завершения теплообмена, округленная до целого значения, будет равна 5 °С.