Cum se determină constanta calorimetrului din capacitatea sa de căldură

Un calorimetru bombă conține 600 $;; \ mathrm { mL} $ de apă. Calorimetrul este calibrat electric. Capacitatea de căldură a calorimetrului este de 785 $ \; \ mathrm {J \, K ^ {- 1}} $. Constanta calorimetrului ar fi cea mai apropiată de:

A. $ 3,29 \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1}} $

B. $ 4,18 \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1}} $

C. 4,97 $ \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1}} $

D. $ 789 \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1}} $

Încercarea mea (destul de fără minte) este următoarea: $$ E = mC_PT \ to E / T = mC_P \ to C _ {\ mathrm {cal}} = mC_P = (600) (8.314) (10 ^ {- 3}) = 4.9884 \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1 }} $$ Cel mai apropiat răspuns la rezultatul meu pare să fie C (4,97 $ \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1}} $), totuși știu că „mă înșel.

Comentarii

  • Am ' merg cu (A) – suma capacității de căldură a apei (600 $ \ ori 4.184 $) și capacitatea de căldură a calorimetrului.
  • Dar nu ' nu înțeleg cum putem adăuga 0,785 $ kj / K $ la 2,51 $ kj / º C $ pentru a obține 3,29 $ kj / º C $. Nu sunt ' aceste unități diferite?
  • Vedeți acest articol Wikipedia – " magnitudinea gradului Celsius este exact egală cu cea a kelvin. "

Răspuns

A da un răspuns precis, următoarele ipoteze sunt necesare și trebuie să fie clare:

  1. calorimetrul bombei funcționează la volum constant ($ V = const $);
  2. atât apa, cât și calorimetrul în sine sunt la echilibru termodinamic înainte de experiment și în timpul măsurării, în special temperaturile lor $ T_w $ și $ T_c $ sunt egale înainte de experiment și în timpul măsurării;
  3. sistemul este compus de calorimetru în sine plus apă;
  4. sistemul este unul izolat;
  5. presiunea este de 1 bar.

Inițial sistemul este la temperatura $ T_1 $. Să ne imaginăm că un obiect la $ T_o > T_1 $ este introdus în camera calorimetrului. Temperatura sistemului crește și, odată ajuns la echilibrul termodinamic, se oprește la o valoare $ T_2 $.

Deoarece $ V = const $, căldura transferată de la obiect la sistem este: \ begin {ecuație} Q_V = \ Delta U = \ Delta U_ {calorimetru} + \ Delta U_ {apă} = (mc_V \ Delta T) _c + (mc_V \ Delta T) _w \ end {ecuație} unde $ \ Delta T_c = \ Delta T_w = T_2-T_1 $.

Noi știți că capacitatea de căldură la volum constant este definită ca: \ begin {ecuație} C_V = \ left (\ frac {\ partial U} {\ partial T} \ right) _V \ approx \ left (\ frac {\ Delta U} { \ Delta T} \ right) _V \ end {ecuație} Deci, remodelând prima ecuație, obținem: \ begin {ecuație} C_V = \ frac {\ Delta U} {\ Delta T} = (mc_V) _c + (mc_V) _w = (C_V) _c + (\ rho Vc_V) _w \ end {ecuație} Adăugarea următoarelor date:

  1. $ \ rho_w = 1000 \; kg / m ^ 3 $;
  2. $ (c_V (300 \; K, 1 \; bar)) _ w \ approx 4.134 \; J / (kg \; K) $ (sursa: Manualul Perry „s Chemical Engineers” )

an d efectuarea conversiei: $ V = 600 \; mL = 6 \ times10 ^ {- 4} \; m ^ 3 $, obținem în cele din urmă: \ begin {ecuație} C_V = 787 \; J / K = 0.787 \; kJ / K \ end {ecuație} Deci, răspunsul corect este A.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *