تعیین ظرفیت گرمایی گرماسنج

گرماسنجی:

هدف:تعیین ظرفیت گرمایی گرماسنج

اثر عادی گرما بر اجسام تغییر دمای آنهاست .اگر اجسامی با جرم و جنس های گوناگون گرمای مساوی دریافت کنند دمای آنها به یک اندازه بالا نمی رود بلکه میزان افزایش دمای اجسام در اثر گرما به جنس و جرم آنها وابسته است,اما برای هر جسم (هر مقدار معین از ماده) نسبت گرمای مبادله شده (CS) به تغییر دمای ایجاد شده در آن (Δθ) مقداری است ثابت وابسته به جنس و جرم آن جسم که آن را ظرفیت گرمایی جسم (A) می نامند و برابر است با:

A=φ/Δθ

بنابراین ظرفیت گرمایی یک جسم (مقدار معینی ماده) برابر است با گرمای لازم برای آنکه دمای آن ماده را یک درجه سانتی گراد افزایش دهد بدون آنکه تغییر شیمیایی یا تغییر حالت فیزیکی در آن ماده ایجاد شود.

ظرفیت گرمایی واحد جرم هر جسم را ظرفیت گرمایی ویژه (C) می نامند که یکی از مشخصات ماده و فقط وابسته به جنس می باشد و برابر است با:

C=φ/mΔθ

به عبارتی ظرفیت گرمایی ویژه ی هر جسم ,مقدار گرمایی است که واحد جرم جسم می گیرد تا دمای آن 1 درجه تغییر کند.واحدهای آن j/kg °K  و cal/gr°C می باشند .بنابراین ارتباط ظرفیت گرمایی و ظرفیت گرمایی ویژه یک جسم به صورت زیر می باشد:

[vip-members]

A=mC

پس اگر جسمی تغییر دمایی برابر با Δθ داشته باشد گرمای مبادله شده توسط آن جسم از روابط زیر محاسبه می شود:

φ=mCΔθ=mC(θ2  –  θ1)

یا

φ=A(θ2  –  θ1)

که در این روابط θ1  دمای اولیه و θ2 دمای ثانویه , m جرم جسم و A ظرفیت گرمایی آن و C ظرفیت گرمایی ویژه جسم می باشد.

همان طور که می دانید گرما یکی از اشکال انرژی است که به علت اختلاف دما بین اجسام مبادله می شود.در صورتی که چند جسم با دماهای مختلف در یک سیستم بسته در مجاورت یکدیگر قرار گیرند اجسام گرم که دمای بیشتری دارند گرما از دست می دهند و سردتر می شوند و اجسام سرد که دمای کمتری دارند گرما می گیرند و دمایشان بالا می رود.تبادل گرما تا زمانی ادامه پیدا می کند که همه اجسام به دمای یکسانی به نام دمای تعادل برسند.

طبق اصل بقای انرژی یا اصل تعادل حرارتی مجموع گرمای مبادله شده توسط اجسام مختلف در یک سیستم بسته صفر است ,چرا که گرمای مبادله شده توسط اجسام گرم منفی و گرمای مبادله شده توسط اجسام سرد مثبت خواهد بود, بنابراین:

φ1  +   φ2   +   φ3  +…=0

به عبارتی مقدار گرمایی که اجسام گرم از دست می دهند برابر مقدار گرمایی است که اجسام سرد می گیرند.

گرمای مبادله شده به وسیله هر جسم را می توان به صورت :

φ=mC(θ2  –  θ1)

یا

φ=A(θ2  –  θ1)

نوشت و کمیت مجهول را با جایگذاری مقادیر معلوم مشخص نمود.

سیستم بسته ای که از آن در آزمایشات گرماسنجی استفاده می شود گرما سنج یا کالریمتر نام دارد که هرچند مبادله گرما با محیط اطراف را به حداقل می رساند و از نشت گرما به محیط بیرون و یا ورود گرمای محیط به داخل سیستم جلوگیری می کند اما خود به عنوان یکی از اجسام درون سیستم در مبادله گرما سهم دارد .معمولا نیاز است که در آزمایشات گرماسنجی بدانیم سهم گرماسنج در مبادله گرما چه میزان بوده است لذا باید ظرفیت گرمایی آن را بدانیم.

به این منظور مقدار مشخصی آب سرد و گرم درون گرما سنج بریزید .آب سرد و گرم و گرماسنج با یکدیگر مبادله گرما خواهند داشت و به دمای تعادل θ2 خواهند رسید .طبق اصل تعادل گرمایی:

φآب سرد   +   φآب داغ   +    φگرماسنج  =  ο

گرمای مبادله شده هر ماده را به صورت  mCΔθ یا AΔθ  بنویسید:

m1C(θe  –  θ1) + m′1C(θe  –  θ′1) + A(θe   –   θ1)=0

با جایگذاری m1 (جرم آب سرد) , θ1 (دمای اولیه آب سرد و گرماسنج) , m′1 (جرم آب داغ) , θ′1(دمای اولیه آب داغ) , θe(دمای تعادل) و C ظرفیت گرمایی ویژه آب در رابطه فوق می توانید A را به دست آورید.

روش انجام آزمایش:

1- گرماسنج را در حالی که خالی و خشک است با در آن روی کفه ی ترازو قرار داده و جرم آن را تعیین کنید(M).

2- مقدار آب سرد درون گرماسنج بریزید (حجم آب سرد تقریبا 1/3 حجم کل گرماسنج باشد) حال در گرماسنج را روی آن بگذارید و دماسنج را درون گرماسنج قرار داده و چند لحظه صبر کنید تا آب سرد و گرماسنج مبادله گرما انجام داده و به یک دمای واحد برسند.این دما همان دمای اولیه گرماسنج و دمای اولیه آب سرد است(θ1)

3-برای محاسبه جرم آب سرد ,جرم گرماسنج حاوی سرد را با در آن اندازه گیری کنید (M′) جرم آب سرد را از رابطه ی زیر محاسبه کنید:

M′  –  M  = m1

4- حال دماسنج را درون آب داغ قرار دهید طوری که با کف دست در تماس نباشد بهتر است دماسنج را به آرامی درون آب حرکت دهید .دمای اولیه آب داغ را بخوانید.(θ′1)

5- در گرماسنج را برداشته و مقداری آب داغ روی آب سرد موجود در گرماسنج اضافه کنید  و فوری زیر گرماسنج را بسته و دماسنج را در آن قرار دهید.می بینید که دما در حال تغییر است.منتظر باشید که دماسنج یک عدد ثابت را به شما نشان دهد.این دما همان دمای تعادل (θe) است.

6-حال برای تعیین جرم آب داغ ریخته شده درون گرماسنج دماسنج را خارج کنید و گرماسنج حاوی آب را همراه با در , روی کفه ترازو قرار دهید و جرم آن را تعیین کنید(M”), جرم آب را  از رابطه زیر محاسبه  کنید:

M”  –   M’  =m’1

با قرار دادن مقادیر در رابطه 1 و مرتب کردن رابطه بر حسب A , ظرفیت گرمایی گرماسنج را محاسبه کنید.

C ظرفیت گرمایی ویژه آب j/kg°K  4200 یا cal/gr°C باشد در صورت استفاده از مقدار اول 4200j/kg فراموش نکنید که جرم ها را نیز به واحد kg تبدیل کنید.

 گرماسنج

[/vip-members]

3

نظر

  1. salar  اسفند 7, 1394

    خوب

     پاسخ"  
  2. مسعود قیصری  اردیبهشت 19, 1395

    سلام خسته نباشید . به نظر من اگر نتایجی که در آخر آزمایش می توان از آزمایش گرفت را با پیج خود اضافه کنید عالی میشه متشکرم

     پاسخ"  
  3. Arash  اردیبهشت 22, 1396

    عااااالی بود حتی بهتره ویکی پدیا

     پاسخ"  

افزودن نظر