Определение действительного изменения температуры в калориметрических опытах
В ходе калориметрического опыта, проводимого в изотермическом калориметре, происходит теплообмен с окружающей средой, следствием чего являются тепловые потери в окружающую среду. Поэтому разница между температурами начала и конца изучаемого процесса обычно отличается от изменения температуры процесса, определённого в условиях, исключающих тепловые потери. Определить действительное значение по данным, полученным в результате калориметрического опыта, проведённого в изотермическом калориметре, можно двумя способами: аналитическим и графическим. Графический метод определения более прост, по точности не уступает аналитическому и позволяет с большей наглядностью судить об особенностях протекания процесса.
Получение температурных данных
В калориметре, подготовленном для проведения измерений, создают равномерную скорость изменения температуры (ход температуры калориметра), не превышающую 0,02 град/мин, нагрев (или охладив) его до температуры, близкой к температуре термостата и обеспечив быстрое выравнивание температуры во всех точках прибора перемешиванием. После этого начинают запись температур с точностью до 0,002 °С через каждые 30 секунд. Производят десять – одиннадцать отсчётов (начальный период). На одиннадцатом отсчёте начинают термохимический опыт, не прерывая записи температур (главный период).
По окончании главного периода опыта, когда ход температуры снова станет равномерным, делают ещё десять – одиннадцать отсчётов (конечный период), после чего считают опыт законченным. Если во время проведения опыта не был произведён отсчёт очередного показания термометра, то следует прочеркнуть пропущенный отсчёт и записать следующий не вместо пропущенного, а на своё место, под своим порядковым номером. Это необходимо для правильного вычисления изменения температуры с учётом теплообмена с окружающей средой.
Обработка полученных данных
На миллиметровой бумаге в масштабе 1 мин в 1 см на оси абсцисс откладывают время, а температуру – на оси ординат, выбор масштаба которой зависит от величины Т. При Т < 1°С один градус соответствует 10 см и 5 см при Т > 1°С (рис. 1.1). Если Т велико, то на оси температур в интервале главного периода можно сделать разрыв.
После того как на график нанесены все экспериментальные точки, получается кривая АСВD. Участок АС соответствует начальному периоду, ВС – главному, ВD – конечному. Чтобы определить действительное изменение температуры Т, не искажённое тепловым обменом, происходящим в течение главного периода, продолжают линии АС и ВD до пересечения с вертикальной прямой ЕF. Положение линии ЕF находится построением. Для этого точки С и В, отвечающие начальной и конечной температуре главного периода, проецируют на ось ординат. Через середину полученного отрезка тп проводят прямую линию kp. Пересечение этой линии с кривой ВС даёт точку l, определяющую положение вертикальной прямой EF. Отрезок EF и будет действительным изменением температуры системы. Характер линии ВС зависит от условий протекания теплового процесса (например, от размешивания), наклон линий АВ и СD зависит от характера теплообмена с окружающей средой. Таким образом, по виду кривой ABCD можно судить о качестве проведённого опыта.
Рис. 1.1. Определение действительного изменения температуры в ходе калориметрического опыта
Для получения надёжных результатов калориметрические опыты следует повторять три – четыре раза, причём желательно, чтобы начальные температуры всех повторных опытов различались не более, чем на 0,1 °С (при Т ≥ l °С).