Fyzika 007 - Kalorimetrická rovnice

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Kalorimetrická rovnice

Jedná se o zákon zachování energie pro tepelnou výměnu.

KALORIMETR

= tepelně izolovaná kovová nádobka s míchačkou a teploměrem sloužící k praktickému určení měrné tepelné kapacity tělesa (c)

Popis směšovacího kalorimetru

Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia

Fotografie rozloženého kalorimetru

Zdroj: kabinet fyziky GBN

SESTAVENÍ A POPIS KALORIMETRICKÉ ROVNICE

Myšlenkový pokus:

kapalina v kalorimetru .............. m1, c1, t1

teplejší těleso ............................. m2, c2, t2

proto

t2 > t1

ponoření tělesa do kapaliny

↓

tepelná výměna mezi tělesem a kapalinou

↓

ustanovení rovnovážného stavu, kapalina i těleso budou mít výslednou teplotu t (t2 > t > t1)

platí zákon zachování energie: ΔU1 = ΔU2 (izolovaná soustava)

ΔU1 přírůstek vnitřní energie kapaliny

Δ U2 úbytek vnitřní energie tělesa

potom z hlediska tepelné výměny

teplo přijaté kapalinou: Q1 = m1 . c1 . (t - t1)

teplo odevzdané tělesem: Q2 = m2 . c2 . (t2 - t)

Q1 = Q2

(izolovaná soustava)

m1 . c1 . (t - t1) = m2 . c2 . (t2 - t)

KALORIMETRICKÁ ROVNICE (nepřesná)

Důvod nepřesnosti:

samotný kalorimetr, ve kterém je kapalina, se také ohřeje (přijme teplo). Proto musíme rovnici upravit na tvar:

teplo přijaté kapalinou + teplo přijaté kalorimetrem = teplo odevzdané tělesem

Q1 + QK = Q2

m1 . c1 . (t - t1) + mk . ck . (t - t1) = m2 . c2 . (t2 - t)

KALORIMETRICKÁ ROVNICE (úplná, přesnější)

m1 = hmotnost kapaliny

c1 = měrná tepelná kapacita kapaliny

t1 = počáteční teplota vody

t = výsledná teplota

mk = hmotnost kalorimetru

ck = měrná tepelná kapacita kalorimetru

m2 = hmotnost tělesa

c2 = měrná tepelná kapacita tělesa

t2 = počáteční teplota tělesa

t = výsledná teplota

ÚLOHY

ÚLOHA 1:

V nádobě jsou 3 kg vody o teplotě 10 °C. Kolik vody o teplotě 90 °C musíme přilít, aby výsledná teplota v nádobě byla 35 °C? Tepelnou kapacitu nádoby zanedbejte.

(1,36 kg)