量熱與焓實驗

量熱與焓實驗是一個互動式 3D 熱化學模擬，學生可以在其中進行咖啡杯量熱實驗。剖面絕緣量熱計測量特定質量在 20.0 攝氏度的水，配備電動攪拌棒和數字溫度計探頭。上方懸掛著一個加熱的圓柱形金屬樣品（鋁、鐵、銅或金），其質量和初始溫度由滑桿控制。當樣品浸入水浴中時，發光的熱能包從金屬輻射到水中，而實時 3D 溫度對時間圖則繪製了冷卻和加溫曲線，匯聚於確切的平衡溫度 Tf。

• 將樣品質量保持在 85 g，樣品初始溫度保持在 125 °C，然後在鋁、鐵、銅和金之間切換樣品材料，以比較每一種材料使水溫升高的程度。
• 觀察為什麼鋁 (c = 0.897 J/g·°C) 產生的水溫升幅是等質量金 (c = 0.129 J/g·°C) 的六倍以上。
• 將加熱的金屬圓柱體向上從量熱計水中拉出以重新加熱，然後將其放回杯中以開始新的冷卻運行。
• 將水質量從 100 g 加倍至 200 g，並驗證較大的熱水庫如何減少溫度變化 ΔT。
• 使用水質量、ΔT 和傳遞熱量 q 的實時讀數來驗證量熱方程 q = m · c · ΔT。

1. 1應用能量守恆（-q_sample = +q_water）來計算量熱計中的熱傳遞和最終平衡溫度。
2. 2使用比熱方程 q = m · c · ΔT 來確定金屬樣品的未知比熱容。
3. 3解釋為什麼比熱容較高的物質在給定傳遞熱量下經歷較小的溫度變化。
4. 4當兩個物體接近熱平衡時，解釋雙溫度-時間冷卻和加溫圖。

教師常問的問題