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कैलोरीमेट्री और एन्थैल्पी लैब

इस सिमुलेशन के बारे में

कैलोरीमेट्री और एन्थैल्पी लैब एक इंटरैक्टिव 3D थर्मल रसायन विज्ञान सिमुलेशन है जहां छात्र कॉफी-कप कैलोरीमेट्री प्रयोग करते हैं। एक कटअवे अछूता कैलोरीमीटर मोटर चालित सरगर्मी रॉड और डिजिटल थर्मामीटर जांच से सुसज्जित 20.0 डिग्री सेल्सियस पर पानी का एक चुना हुआ द्रव्यमान रखता है। ऊपर निलंबित एक गर्म बेलनाकार धातु का नमूना है (एल्यूमीनियम, लोहा, तांबा या सोना) जिसका द्रव्यमान और प्रारंभिक तापमान स्लाइडर्स द्वारा नियंत्रित होते हैं। जब नमूने को पानी के स्नान में डुबोया जाता है, तो चमकते हुए थर्मल ऊर्जा पैकेट धातु से पानी में विकिरण करते हैं जबकि एक वास्तविक समय 3D तापमान बनाम समय ग्राफ सटीक संतुलन तापमान Tf पर अभिसरण करने वाले शीतलन और वार्मिंग दोनों वक्रों को प्लॉट करता है।

विद्यार्थी क्या खोज सकते हैं

  • नमूना द्रव्यमान को 85 g पर और प्रारंभिक नमूना तापमान को 125 °C पर रखें, फिर यह तुलना करने के लिए कि प्रत्येक पानी के तापमान को कितना बढ़ाता है, नमूना सामग्री को एल्यूमीनियम, लोहा, तांबे और सोने के बीच बदलें।
  • अवलोकन करें कि एल्यूमीनियम (c = 0.897 J/g·°C) सोने के बराबर द्रव्यमान (c = 0.129 J/g·°C) के पानी के तापमान में वृद्धि से छह गुना अधिक क्यों पैदा करता है।
  • इसे फिर से गर्म करने के लिए कैलोरीमीटर के पानी से गर्म धातु के सिलेंडर को ऊपर की ओर खींचें, फिर ताज़ा शीतलन रन शुरू करने के लिए इसे वापस कप में गिरा दें।
  • पानी के द्रव्यमान को 100 g से दोगुना करके 200 g करें और सत्यापित करें कि बड़ा थर्मल जलाशय तापमान परिवर्तन ΔT को कैसे कम करता है।
  • कैलोरीमेट्री समीकरण q = m · c · ΔT को सत्यापित करने के लिए पानी के द्रव्यमान, ΔT और स्थानांतरित ऊष्मा q के लिए लाइव रीडआउट का उपयोग करें।

अधिगम उद्देश्य

  1. 1कैलोरीमीटर में ऊष्मा स्थानांतरण और अंतिम संतुलन तापमान की गणना करने के लिए ऊर्जा के संरक्षण (-q_sample = +q_water) को लागू करें।
  2. 2धातु के नमूने की अज्ञात विशिष्ट ऊष्मा क्षमता निर्धारित करने के लिए विशिष्ट ऊष्मा समीकरण q = m · c · ΔT का उपयोग करें।
  3. 3बताएं कि उच्च विशिष्ट ऊष्मा क्षमता वाले पदार्थ को स्थानांतरित ऊष्मा की एक निश्चित मात्रा के लिए छोटा तापमान परिवर्तन क्यों होता है।
  4. 4जैसे ही दो पिंड थर्मल संतुलन के करीब पहुंचते हैं, दोहरे तापमान-समय शीतलन और वार्मिंग ग्राफ की व्याख्या करें।

शिक्षकों के आम सवाल

विशिष्ट ऊष्मा क्षमता क्या है?

विशिष्ट ऊष्मा क्षमता (c) जूल में थर्मल ऊर्जा की मात्रा है जो किसी पदार्थ के 1 ग्राम के तापमान को 1 डिग्री सेल्सियस (या 1 केल्विन) बढ़ाने के लिए आवश्यक है। व्यापक हाइड्रोजन बंधन के कारण तरल पानी में 4.184 J/(g·°C) की असामान्य रूप से उच्च विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है।

कैलोरीमेट्री में अंतिम संतुलन तापमान की गणना कैसे की जाती है?

यह मानते हुए कि कोई भी ऊष्मा आसपास में नहीं खोती है, गर्म धातु द्वारा खोई गई ऊष्मा ठंडे पानी द्वारा प्राप्त ऊष्मा के बराबर होती है: m_metal · c_metal · (T_initial_metal - Tf) = m_water · c_water · (Tf - T_initial_water)। Tf को हल करने से प्रत्येक वस्तु की ऊष्मा क्षमता (m · c) द्वारा भारित प्रारंभिक तापमान का भारित औसत मिलता है।

एल्यूमीनियम कैलोरीमीटर के पानी को उसी द्रव्यमान के सोने की तुलना में बहुत अधिक गर्म क्यों करता है?

एल्यूमीनियम परमाणु सोने के परमाणुओं (197 g/mol) की तुलना में बहुत हल्के (27 g/mol) होते हैं, इसलिए 80 ग्राम एल्यूमीनियम में 80 ग्राम सोने की तुलना में सात गुना से अधिक परमाणु होते हैं जो कंपन थर्मल ऊर्जा संग्रहीत करते हैं। परिणामस्वरूप, एल्यूमीनियम में प्रति ग्राम बहुत अधिक विशिष्ट ऊष्मा होती है (0.897 बनाम 0.129 J/g·°C)।

कैलोरीमीटर में अछूती दोहरी दीवार और स्टिरर क्यों होता है?

अछूती दीवार बाहर के कमरे के साथ ऊष्मा के आदान-प्रदान को रोकती है ताकि सभी थर्मल ऊर्जा प्रणाली के अंदर रहे, जबकि मोटर चालित स्टिरर पानी को प्रसारित करता है ताकि थर्मामीटर एक समान स्नान तापमान को माप सके।

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