مختبر المسعر والإنثالبي

مختبر المسعر والإنثالبي هو محاكاة تفاعلية ثلاثية الأبعاد للكيمياء الحرارية حيث يجري الطلاب تجارب المسعر لكأس القهوة. يحمل مسعر معزول مقطوع كتلة مختارة من الماء عند 20.0 درجة مئوية ومجهز بقضيب تحريك بمحرك ومسبار مقياس حرارة رقمي. معلق أعلاه عينة معدنية أسطوانية مسخنة (الألومنيوم، أو الحديد، أو النحاس، أو الذهب) والتي يتم التحكم في كتلتها ودرجة حرارتها الابتدائية بواسطة أشرطة التمرير. عندما يتم غمر العينة في حمام الماء، تشع حزم الطاقة الحرارية المتوهجة من المعدن إلى الماء بينما يرسم رسم بياني ثلاثي الأبعاد لدرجة الحرارة مقابل الوقت في الوقت الفعلي منحنيات التبريد والتسخين التي تتقارب على درجة حرارة الاتزان الدقيقة Tf.

• احتفظ بكتلة العينة عند 85 g ودرجة حرارة العينة الابتدائية عند 125 °C، ثم بدّل مادة العينة بين الألومنيوم، والحديد، والنحاس، والذهب لمقارنة مقدار رفع كل منها لدرجة حرارة الماء.
• لاحظ سبب إنتاج الألومنيوم (c = 0.897 J/g·°C) لأكثر من ستة أضعاف ارتفاع درجة حرارة الماء لنفس الكتلة من الذهب (c = 0.129 J/g·°C).
• اسحب أسطوانة المعدن المسخنة لأعلى خارج ماء المسعر لإعادة تسخينها، ثم أسقطها مرة أخرى في الكأس لبدء دورة تبريد جديدة.
• ضاعف كتلة الماء من 100 g إلى 200 g وتحقق من كيفية تقليل خزان الحرارة الأكبر للتغير في درجة الحرارة ΔT.
• استخدم القراءات الحية لكتلة الماء، و ΔT، والحرارة المنقولة q للتحقق من معادلة المسعر q = m · c · ΔT.

1. 1تطبيق قانون حفظ الطاقة (-q_sample = +q_water) لحساب نقل الحرارة ودرجة حرارة الاتزان النهائية في المسعر.
2. 2استخدم معادلة الحرارة النوعية q = m · c · ΔT لتحديد السعة الحرارية النوعية المجهولة لعينة معدنية.
3. 3اشرح سبب تعرض مادة ذات سعة حرارية نوعية أعلى لتغير أصغر في درجة الحرارة لكمية معينة من الحرارة المنقولة.
4. 4تفسير رسم بياني مزدوج لدرجة الحرارة والوقت للتبريد والتسخين بينما تقترب جثتان من الاتزان الحراري.

أسئلة يطرحها المعلمون