1-  آشنایی با وسایل و روش اندازه گیری مقدار گرما

2-  تعیین گرمای ویژه مواد جامد و مایع

آشنایی:

  مقدار گرما از روی میزان تغییری که گرما در خواص قابل اندازه گیری ماده ایجاد می کند ، تعیین می شود. یکی از مناسب ترین این خواص دمای ماده است. گرمای داده شده به ماده در اغلب مواقع سبب بالا بردن دمای آن می شود. میزان گرمایی که دمای جسم را به اندازه واحد دما تغییر می دهد ظرفیت گرمایی جسم نامیده می شود.

اگر مقدار گرمای داده شده به جسم را با Q و تغییر دمای آن را با Δθ نشان دهیم،  a، ظرفیت گرمایی جسم از رابطه a=Q/Δθ  به دست می آید. برای یک ماده خالص ظرفیت گرمایی واحد جرم آن ماده را گرمایی ویژه آن می نامند و با c نشان می دهند بنا بر این ظرفیت گرمایی جرم m از یک ماده خالص از رابطه  A=mc تعیین می شود.

  گرمای ویژه آب خالص بنا به تعریف کالری برابر یک کالری بر گرم بر درجه سانتیگراد است . بنا بر این جسمی که ظرفیت گرمایی آن A است در مقابل گرما نقشی معادل A گرم آب دارد. به همین دلیل A را ارزش آبی جسم نیز می نامند.

روش آزمایش :

برای تعیین هر کاری از مشخصه های گرمایی فوق دو (یا چند) ماده با دمای متفاوت اولیه را درون ظرفی که از محیط ایزوله شده باشد یعنی با محیط تبادل گرمایی نکند به نام کالریمتر(گرماسنج) مخلوط می کنند. کالریمتر یک ظرف دو جداره است که بین دو جداره آن خلاء شده است و یا به هر نحو با ریختن مواد عایق گرما، هوای آن خارج شده است. در یک کالریمتر خوب مشابه فلاسک، جدار خارجی آن را برای جلوگیری از تشعشع آینه می کنند. کالریمتر شامل دماسنج ، هم زن، در پوش عایق و در بعضی گونه ها مجهز به یک فیلامای الکتریکی جهت گرم کردن محتویات درون آن است. در آزمایشهای گرماسنجی به دلایل مختلف از جمله داشتن گرمای ویژه کاملا معین و سهولت تبادل گرما و به تعادل رسیدن آن با مواد دیگر مخلوط ، غالبا یکی از مواد مخلوط را آب اختیار می کنند. به هر صورت روش آزمایش به این ترتیب است که m_c گرم از یک ماده سرد (که لازم است مایع باشد) با گرمای ویژه C_c را درون کالریمتر می ریزند و پس از هم زدن و تعادل گرمایی داخل دمای آن را اندازه می گیرند. (θc) سپس به سرعت مقداری از یک ماده گرم به جرم m_H و گرمای ویژه C_H و دمای θ_H را به ظرف اضافه می کنند پس از حصول تعادل مجدد دمای مجدد دمای مخلوط را اندازه می گیریم (θ_F ( . طبق اصل اول ترمودینامیک گرمای گرفته شده توسط کلیه اجسامی که در تبادل گرما شرکت می کنند برابر صفر است :

m_c C_c (θ_F - θc) + A (θ_F - θc) + m_H C_H (θ_F - θ_H) = 0

که در آن A ارزش آبی کالریمتر است.

روش آزمایش :

1) تعیین ارزش آبی کالریمتر : کالریمتر را تمیز و خشک کرده و جرم آن را اندازه می گیریم.(m). سپس در حدود یک ظرفیت آن آب سرد در آن بریزید و مجددا جرم آن را تعیین کنید. پس از هم زدن دمای داخل کالریمتر را اندازه می گیریم (θ_c) . پس از تعیین دمای آب گرم (θ_H)  در پوش کالریمتر را بر می داریم و به سرعت حدود یک سوم دیگر از ظرفیت ظرف به آن آب گرم اضافه کنید و در پوش کالریمتر را می بندیم و پس از حصول تعادل دمای آن را اندازه می گیریم (دمای تعادل یا نهایی θ_H ) یک بار دیگر جرم کالریمتر و محتویات آن را اندازه می گیریم . مقادیر را یادداشت کنید. برای بار دوم آزمایش را با مقادیر متفاوت آب سرد و گرم و دمای آنها تکرار کنید.

2) تعیین گرمای ویژه جسم جامد : مشابه مرحله اول رفتار می کنیم با این تفاوت که جسم گرم را جامدی که در آب در حال جوش است می گیریم.

به سوالات زیر پاسخ دهید:

1-چه تفاوتی بین ظرفیت گرمایی و ظرفیت گرمایی ویژه وجود دارد؟

ظرفیت گرمایی مقدار گرمای مورد نیاز برای تغییر دمای جسم به اندازه⁰C1 است ولی در ظرفیت گرمایی ویژه گرمایی ویژه گرمایی مورد نیاز برای گرم کردن به اندازه یک درجه سانتیگراد برای واحد جرم جسم است.

2-آیا ظرفیت گرمایی ویژه به دما بستگی دارد؟

بله – طبق رابطه                 با آن رابطه عکس دارد.

3-کالری را تعریف کنید و بگویید هر کالری چند ژول است؟

مقدار گرمای مورد نیاز برای تغییر دمای یک گرم آب از ⁰C 14/5  به⁰C 16/5 و هر کالری 4/18 ژول است .

4- دما با گرما چه تفاوتی دارد؟

دما معیاری برای حرارت سنجی است ولی گرما صورتی از انرژی است که قابل تبدیل به انرژی مکانیکی است.

5- خطای مطلق و خطای نسبی در اندازه گیری ظرفیت گرمایی کالریمتر را بدست آورید؟