量热与焓实验

量热与焓实验是一个交互式 3D 热化学模拟，学生可以在其中进行咖啡杯量热实验。剖面绝热量热计盛有选定质量、温度为 20.0 摄氏度的水，配备有电动搅拌棒和数字温度计探头。上方悬挂着加热的圆柱形金属样品（铝、铁、铜或金），其质量和初始温度由滑块控制。当样品浸入水浴中时，发光的热能包从金属辐射到水中，而实时的 3D 温度对时间图则绘制了收敛于准确平衡温度 Tf 的冷却和加热曲线。

• 将样品质量保持在 85 g，样品初始温度保持在 125 °C，然后在铝、铁、铜和金之间切换样品材料，以比较每种材料使水温升高的程度。
• 观察为什么铝（c = 0.897 J/g·°C）产生的水温上升是同等质量的金（c = 0.129 J/g·°C）的六倍以上。
• 将加热的金属圆柱体向上拖出量热计的水以重新加热，然后将其放回杯中以开始新的冷却运行。
• 将水的质量从 100 g 增加一倍到 200 g，并验证更大的热储层如何减小温度变化 ΔT。
• 使用水的质量、ΔT 和传递的热量 q 的实时读数来验证量热方程 q = m · c · ΔT。

1. 1应用能量守恒（-q_sample = +q_water）来计算量热计中的热传递和最终平衡温度。
2. 2使用比热方程 q = m · c · ΔT 测定金属未知的比热容。
3. 3解释为什么比热容较高的物质对于给定量的热传导经历较小的温度变化。
4. 4解释双重温度-时间冷却和加热图，因为两个物体接近热平衡。

教师常问的问题