TEORIA.

Ciepło pobrane przez dane ciało przy elementarnej zmianie temperatury wyraża się wzorem:

dQ = c m *T

m - masa ciała c - ciepło właściwe

Ciepłem właściwym nazywamy ilość energii, którą trzeba dostarczyc 1kg. ciała, aby jago temperaturę podnieść o 1 K.

C = dQ/m*T

W układzie SI jednostką ciepła właściwego jest J / kgK. Używane są również nielegalne jednostki spoza układu SI, jak : cal / g ⁰C;

k cal/ kg ⁰C i inne. Ciepło właściwe ciała zależy od rodzaju substancji, z której ciało jest zbudowane, od temperatury, a w przypadku gazów - od rodzaju przemiany. Dla gazów definiujemy ciepło właściwe w stałej objętości C_v i ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu C_p.

Oprócz ciepła właściwego odniesionego do jednostki masy bardzo często korzysta się z pojęcia ciepła właściwego odniesionego do jednostki ilości materii, zwanego ciepłem molowym lub też ciepłem atomowym: ciepło molowe jest to ilość energii potrzebnej do podniesienia temperatury 1 mola ciał o 1 K.

Jeżeli oznaczymy masę 1 mola przez M, wówczas można napisać:

C = c M

W przypadku gazu odróżniamy oczywiście ciepło molowe w stałej objętości C_v i ciepło molowe przy stałym ciśnieniu C_p.

Zasada działania elektrokalorymetru opiera się na procesie zmiany prądu elektrycznego na energię wewnętrzną, zgodnie z prawem Joule^'a. Prosty kalorymetr elektryczny otrzymuje się z kalorymetru o ściankach metalowych lub szklanych (szklany termos), do którego wprowadza się spiralę grzejną z drutu oporowego (chromonikieliny, konstantanu i innych) gołego drutu lub co lepsze, w cienkiej izolacji.

RYSUNEK ELEKTROKALORYMETRU

Wzór na ciepło Joule^' a Q₁ wydzielone podczas przepływu prądu ma postać:

Q₁ = 0,239*U*I*t [cal]

Jeżeli spirala grzejna zanurzona jest w badanej cieczy, to ciepło Joule^'a Q przekazane zostanie tej cieczy oraz naczyniu kalorymetrycznemu o pojemności cieplnej W. Zaobserwujemy wzrost temperatury od początkowej t₁ do końcowej t₂. Ciepło pochłonięte Q₂ przez obie substancje wyrażone jest przez zależność:

Q₂ = (m*c + W)*(t₂ - t₁)

Ponieważ Q₁ = Q₂, więc po porównaniu prawych stron równań otrzymujemy wzór na c:

C = 0,239*U*I*t / m*(t₂ - t₁) - W/ m

Pomiary prowadzimy łącząc spiralę grzejną kalorymetru do biegunów źródła prądu B wg. schematu:

Włączone do obwodu: amperomierz A i woltomierz V pozwalają na pomiar mocy P = U*I przepływającego przez kalorymetr prądu. Po zamknięciu obwodu odczytujemy wskazania obu mierników w regularnych odstępach czasu. Czas przepuszczania prądu zależny jest od różnicy temperatur, którą zamierzamy osiągnąć. Nie powinna być ona bardzo duża, gdyż w przeciwnym razie straty cieplne mogą bardzo powiększyć błędy pomiarów. Z tego samego względu przewody doprowadzające prąd do spirali grzejnej powinny być dość grube.

Zasadę elektrokalorymetru można bardzo uprościć, eliminując konieczność pomiaru mocy prądu, tzn. konieczność stosowania amperomierza i woltomierza. Dokonać tego można przepuszczając prąd elektryczny przez dwa połączone szeregowo kalorymetry, których spirale grzejne mają identyczny opór.

Jeden kalorymetr wypełniony jest cieczą badaną, a drugi wodą. Przy takim przepływie prądu ciepło Q₁ wydzielone w kalorymetrze pierwszym musi być równe ciepłu Q₂ ciepłu wydzielonemu w kalorymetrze drugim.

Stosując oznaczenia wprowadzone poprzednio dla wyrażenia ciepła Q₁ i Q₂ otrzymujemy zależności:

Q₁ = (m₁c + W₁)*(t₂ -t₁)

Q₂ = (m_w*c_w + W₂)*(t₄ - t₃)

Po porównaniu powyższych równań otrzymujemy :

c = 1 / m₁ {[m_w c_w + W₂][(t₄ - t₃ )/ (t₂ - t₁) - W₁]}

Dla uniknięcia błędu spowodowanego niejednakowym oporem spirali grzejnych obu kalorymetrów należy doświadczenie powtórzyć, zmieniając miejscami opory. Po wykonaniu powtórnego doświadczenia należy obliczyć wartość średnią c z obu doświadczeń.

Jeśli ciecze badane przewodzą prąd, to spirale grzejne należy koniecznie pokryć warstwą izolatora, gdyż w przeciwnym przypadku tylko część prądu zmieniłaby się na ciepło.

---