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Il "calore" rappresenta l'energia termica delle molecole in una sostanza. L'acqua si congela a 0 gradi Celsius. Ma la temperatura di un cubetto di ghiaccio può scendere ben al di sotto. Quando un cubetto di ghiaccio viene rimosso da un congelatore, la temperatura dei cubi aumenta man mano che assorbe il calore dall'ambiente circostante. Ma una volta che il cubetto di ghiaccio raggiunge 0 ° C, inizia a sciogliersi e la sua temperatura rimane a 0 durante tutto il processo di fusione, anche se il cubetto di ghiaccio continua ad assorbire il calore. Ciò si verifica perché l'energia termica assorbita dal cubetto di ghiaccio viene consumata dalle molecole d'acqua che si separano tra loro durante la fusione.
La quantità di calore assorbita da un solido durante la sua fase di fusione è nota come calore latente di fusione e viene misurata tramite calorimetria.
Raccolta dati
Posizionare una tazza vuota di polistirolo su una bilancia e registrare la massa della tazza vuota in grammi. Quindi riempire la tazza con circa 100 millilitri, o circa 3,5 once, di acqua distillata. Riporta la tazza piena sulla bilancia e registra insieme il peso della tazza e dell'acqua.
Metti un termometro nell'acqua nella tazza, attendi circa 5 minuti affinché il termometro raggiunga l'equilibrio termico con l'acqua, quindi registra la temperatura dell'acqua come temperatura iniziale.
Posizionare due o tre cubetti di ghiaccio su un tovagliolo di carta per rimuovere l'eventuale acqua liquida sulla superficie dei cubetti, quindi trasferire rapidamente i cubetti nella tazza di polistirolo. Usa il termometro per mescolare delicatamente la miscela. Osservare la lettura della temperatura sul termometro. Dovrebbe iniziare a cadere quasi immediatamente. Continuare a mescolare e registrare la temperatura più bassa indicata sul termometro prima che la temperatura inizi a salire. Registrare questo valore come "temperatura finale".
Rimuovere il termometro e riportare nuovamente la tazza di polistirolo sulla bilancia e registrare insieme la massa della tazza, l'acqua e il ghiaccio sciolto.
calcoli
Determinare la massa di acqua nella tazza sottraendo la massa della tazza vuota dal peso della tazza e dell'acqua insieme, come raccolto nel passaggio 1. Ad esempio, se la tazza vuota pesava 3,1 grammi e la tazza e l'acqua insieme pesavano 106,5 grammi, quindi la massa dell'acqua era 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Calcola la variazione di temperatura dell'acqua sottraendo la temperatura iniziale dell'acqua dalla temperatura finale dell'acqua. Pertanto, se la temperatura iniziale era 24,5 C e la temperatura finale era 19,2 C, allora deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.
Calcola il calore, q, rimosso dall'acqua secondo l'equazione q = mc (deltaT), dove m e deltaT rappresentano rispettivamente la variazione di massa e temperatura dell'acqua, e c rappresenta la capacità termica specifica dell'acqua, o 4.184 joule per grammo per grado Celsius o 4,187 J / gC. Continuando l'esempio dai passaggi 1 e 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J / g-C * -5,3 C = -2293 J. Rappresenta il calore rimosso dall'acqua, quindi il suo segno negativo. Secondo le leggi della termodinamica, ciò significa che i cubetti di ghiaccio nell'acqua hanno assorbito +2293 J di calore.
Determinare la massa dei cubetti di ghiaccio sottraendo la massa della tazza e l'acqua dalla massa della tazza, acqua e cubetti di ghiaccio insieme. Se la tazza, l'acqua e il ghiaccio pesavano insieme 110,4 g, la massa dei cubetti di ghiaccio era 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Trova il calore latente di fusione, Lf, secondo Lf = q ÷ m dividendo il calore, q, assorbito dal ghiaccio, come determinato nella fase 3, per la massa di ghiaccio, m, determinata nella fase 4. In questo caso , Lf = q / m = 2293 J ÷ 7,0 g = 328 J / g. Confronta il tuo risultato sperimentale con il valore accettato di 333,5 J / g.