Hur man bestämmer kalorimeterkonstanten från dess värmekapacitet

En bombkalorimeter innehåller $ 600 \; \ mathrm { ml} $ vatten. Kalorimetern är kalibrerad elektriskt. Värmekapaciteten för kalorimetern är $ 785 \; \ mathrm {J \, K ^ {- 1}} $. Kalorimeterkonstanten skulle vara närmast:

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}} $

Mitt (ganska tanklösa) försök är som följer: $$ E = mC_PT \ till E / T = mC_P \ till C _ {\ mathrm {cal}} = mC_P = (600) (8.314) (10 ^ {- 3}) = 4.9884 \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1 }} $$ Det närmaste svaret på mitt resultat verkar vara C ($ 4,97 \; \ mathrm {kJ \, ºC ^ {- 1}} $), men jag vet att jag har fel.

Kommentarer

  • I ' d gå med (A) – summera värmekapaciteten för vattnet (600 $ \ gånger $ 4.184) och värmekapaciteten hos kalorimetern.
  • Men jag förstår inte ' hur vi kan lägga till $ 0.785 kj / K $ till $ 2.51 kj / º C $ för att få $ 3,29 kj / º C $. Är ' de olika enheterna?
  • Se denna Wikipedia-artikel – " storleken på graden Celsius är exakt lika stor som kelvin. "

Svar

Att ge ett exakt svar, följande antaganden är nödvändiga och måste vara tydliga:

  1. bombkalorimeter fungerar vid konstant volym ($ V = konst $);
  2. både vatten och kalorimeter i sig är i termodynamisk jämvikt före experimentet och under mätningen, i synnerhet är deras temperaturer $ T_w $ och $ T_c $ lika före experimentet och under mätningen.
  3. systemet är sammansatt av kalorimetern själv plus vatten;
  4. systemet är isolerat;
  5. trycket är 1 bar.

Ursprungligen är systemet är vid temperatur $ T_1 $. Låt oss föreställa oss att ett objekt vid $ T_o > T_1 $ placeras inuti kalorimeterns kammare. Systemets temperatur ökar och när den väl uppnått termodynamisk jämvikt stannar den vid en exakt värde $ T_2 $.

Eftersom $ V = const $ är värme som överförs från objekt till system: \ begin {ekvation} Q_V = \ Delta U = \ Delta U_ {kalorimeter} + \ Delta U_ {water} = (mc_V \ Delta T) _c + (mc_V \ Delta T) _w \ end {ekvation} där $ \ Delta T_c = \ Delta T_w = T_2-T_1 $.

Vi vet att värmekapacitet vid konstant volym definieras som: \ begin {ekvation} C_V = \ vänster (\ frac {\ partiell U} {\ partiell T} \ höger) _V \ approx \ vänster (\ frac {\ Delta U} { \ Delta T} \ höger) _V \ slut {ekvation} Så, omformning av den första ekvationen, får vi: \ begin {ekvation} C_V = \ frac {\ Delta U} {\ Delta T} = (mc_V) _c + (mc_V) _w = (C_V) _c + (\ rho Vc_V) _w \ end {ekvation} Lägga till följande data:

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

an d utför konvertering: $ V = 600 \; mL = 6 \ times10 ^ {- 4} \; m ^ 3 $, vi får slutligen: \ begin {ekvation} C_V = 787 \; J / K = 0,787 \; kJ / K \ end {ekvation} Så rätt svar är A.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *