1.2.2. Определение постоянной калориметра.
Постоянную калориметра можно оценить как сумму теплоемкостей составных частей, участвующих в теплообмене:
(1.9)
Здесь g
масса калориметрической жидкости (вода
плюс соль) после проведения калориметрического
опыта;
удельная теплоемкость калориметрической
жидкости (воды);
тепловая постоянная калориметра;
и
массы
и удельные теплоемкости материала
калориметрического стакана и всех
приборов, погруженных в жидкость.
Поскольку и точно учесть практически невозможно, постоянную калориметра определяют экспериментально. Для этого к системе подводят точно известное количество теплоты и измеряют соответствующее повышение температуры калориметра. Источником теплоты может служить процесс с известным тепловым эффектом, например, растворение хлорида калия или электрический ток, пропускаемый через нагреватель 7 (рис.1.2).
По первому способу тепловую постоянную калориметра определяют по известному значению энтальпии KCl растворения хлорида калия KCl. Для учета теплообмена и определения истинного изменения температуры весь калориметрический опыт делится на три периода (см. рис.1.4): начальный период (выход калориметрической системы на стационарный режим); главный период (протекание изучаемого процесса); заключительный период (выход калориметрической системы на стационарный режим после скачка температуры в главном периоде).
Истинное изменение температуры T во время калориметрического опыта (с учетом поправки на теплообмен) определяют графически следующим образом (см. рис.1.4). Если в предварительном и заключительном периодах установился стационарный теплообмен, то на графике каждому из этих периодов отвечает прямая линия, наклон которой по отношению к оси абсцисс зависит от скорости теплообмена. Для нахождения изменения температуры во время главного периода в калориметрическом опыте точки а (начало) и в (конец главного периода) проектируют на ось ординат, находят середину отрезка ас и проводят линию kp параллельно оси абсцисс. Через точку р проводят вертикаль. Экстраполируют линейные участки (пунктирные линии на графике) до пересечения с вертикалью в точках e и f, Отрезок ef соответствует изменению температуры в калориметрическом опыте.
Рис.1.4. Изменение температуры во время калориметрического опыта.
Из рис.1.4 видно, что точность определения Т зависит от продолжительности главного периода. Поэтому для получения удовлетворительных результатов на калориметрах данного типа время главного периода не должно превышать 2-4 мин.
По известным
значениям навески хлорида калия gKCl
и мольной интегральной теплоты растворения
tKCl
определяют тепловую постоянную
калориметра
.
(1.10)
Для повышения точности, определение производят повторно: вводят новую навеску соли в тот же раствор или проводят опыт с новой порцией воды.
Второй способ
определения тепловой постоянной
калориметра заключается в том, что в
калориметрическую систему вводят точно
известное количество теплоты путем
пропускания электрического тока через
нагреватель (7) (см. рис.1.2). В цепь
нагревателя включен источник питания,
амперметр для измерения силы тока I,
параллельно включен вольтметр для
измерения напряжения U
на зажимах нагревателя. Постоянную
калориметра
рассчитывают из соотношения:
, (1.11)
где I
сила тока, A; U
напряжение, В;
время, секунды,
изменение температуры.
В настоящей работе постоянная калориметра cK определяется по энтальпии растворения хлорида калия.