コンテンツ
「熱」は、物質内の分子の熱エネルギーを表します。水は摂氏0度で凍結します。しかし、アイスキューブの温度はそれよりかなり低くなることがあります。アイスキューブが冷凍庫から取り出されると、周囲から熱を吸収してキューブの温度が上昇します。しかし、アイスキューブが0 Cに達すると、アイスキューブは熱を吸収し続けますが、融解プロセス中は融解し始め、温度は0のままになります。これは、角氷に吸収された熱エネルギーが、融解中に互いに分離する水分子によって消費されるために発生します。
融解段階で固体に吸収される熱量は、融解潜熱と呼ばれ、熱量測定によって測定されます。
データ収集
空の発泡スチロールのカップを天びんに置き、空のカップの質量をグラムで記録します。次に、カップを約100ミリリットル、または約3.5オンスの蒸留水で満たします。満たされたカップを天びんに戻し、カップと水の重量を一緒に記録します。
カップ内の水に温度計を置き、温度計が水と熱平衡になるまで約5分間待ってから、水の温度を初期温度として記録します。
2〜3個のアイスキューブをペーパータオルの上に置いて、キューブの表面の水分を取り除き、キューブを発泡スチロールのカップにすばやく移します。温度計を使用して、混合物を静かに攪拌します。温度計の温度測定値を観察します。すぐにドロップし始めます。攪拌を続け、温度が上昇し始める前に温度計に表示された最低温度を記録します。この値を「最終温度」として記録します。
温度計を取り外し、発泡スチロールのカップを再び天びんに戻し、カップの質量、水、溶けた氷を一緒に記録します。
計算
手順1で収集したように、カップと水の合計重量から空のカップの重量を引いて、カップ内の水の質量を決定します。たとえば、空のカップの重量が3.1グラムで、カップと水の合計の重量が106.5の場合グラム、水の質量は106.5-3.1 = 103.4 gでした。
最終的な水温から初期の水温を引いて、水の温度変化を計算します。したがって、初期温度が24.5 Cで最終温度が19.2 Cの場合、deltaT = 19.2-24.5 = -5.3 Cです。
式q = mc(deltaT)に従って水から除去される熱qを計算します。mとdeltaTはそれぞれ水の質量と温度の変化を表し、cは水の比熱容量、つまりグラムあたり4.184ジュールを表します。摂氏温度、または4.187 J / gC。手順1と2の例を続けると、q = ms(deltaT)= 103.4 g * 4.184 J / g-C * -5.3 C = -2293 Jです。これは、水から除去された熱、したがって負の符号を表します。熱力学の法則により、これは水中の氷が+2293 Jの熱を吸収したことを意味します。
カップ、水、アイスキューブの質量からカップと水を一緒に引いて、アイスキューブの質量を決定します。カップ、水、氷を合わせて110.4 gの場合、アイスキューブの質量は110.4 g-103.4 g = 7.0 gでした。
手順3で求めた氷に吸収された熱qを手順4で求めた氷の質量mで割ることにより、Lf = q÷mに従って融解潜熱Lfを求めます。この場合、Lf = q / m = 2293 J÷7.0 g = 328 J / g。実験結果を333.5 J / gの許容値と比較します。