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Esperimenti accurati sul trasferimento di calore dipendono da un calorimetro ben calibrato. Che tu stia utilizzando una semplice tazza di polistirolo o un sofisticato recipiente a prova di esplosione, il contenitore assorbe una parte del calore rilasciato o assorbito durante una reazione. Determinando la costante del calorimetro, ovvero la quantità di energia necessaria per aumentare la temperatura del calorimetro di 1°C, puoi correggere questa perdita e misurare con sicurezza il calore specifico di sostanze sconosciute.
Il metodo di calibrazione più affidabile prevede la miscelazione di due masse uguali di acqua a temperature diverse all'interno del calorimetro e la registrazione della temperatura di equilibrio. Il calore specifico dell’acqua (Cs ) è 1calg⁻¹°C⁻¹ (4,186Jg⁻¹°C⁻¹), rendendolo un fluido di calibrazione ideale.
Sia una massa nota di acqua calda (m1 ) essere versato in un calorimetro che contiene già una massa nota di acqua fredda (m2 ). Misurare le temperature iniziali T1 e T2 , quindi attendere che la miscela raggiunga la temperatura di equilibrio TE . Le variazioni di temperatura sono ΔT1 =TE – T1 e ΔT2 =TE – T2 (notare che ΔT2 è positivo perché l'acqua fredda riscalda).
Il calore perso dall'acqua calda è q1 = m1 Cs ΔT1 , mentre il calore ceduto dall'acqua fredda è q2 = m2 Cs ΔT2 . La differenza, q1 – q2 , è il calore assorbito dal calorimetro:
qabs = (m1 Cs ΔT1 ) – (m2 Cs ΔT2 )
Perché l'aumento di temperatura del calorimetro è pari a ΔT2 , la sua capacità termica (la costante del calorimetro, cc) è:
cc = qabs ÷ ΔT2 = Cs (m1 ΔT1 + m2 ΔT2 ) ÷ ΔT2 cal g⁻¹ °C⁻¹
Conoscendo cc è possibile determinare il calore specifico di qualsiasi materiale. Riscalda una massa nota della sostanza (m1 ) alla temperatura T1 e posizionarlo nel calorimetro contenente una massa uguale (m2 ) ad una temperatura più fresca T2 . Dopo che il sistema raggiunge l'equilibrio in TE , calcolare ΔT1 = TE – T1 e ΔT2 = TE – T2 .
Riorganizzando il bilancio energetico si ottiene il calore specifico della sostanza:
Cs = (cc × ΔT2 ) ÷ (m1 ΔT1 + m2 ΔT2 ) cal g⁻¹ °C⁻¹
La conversione in joule è semplice:moltiplica il risultato per 4,186Jcal⁻¹.
