Vybrané kapitoly ze středoškolské fyziky - Pro přípravný kurz k přijímacím zkouškám z fyziky na DFJP Univerzity Pardubice - Základy termiky a termodynamiky

m2 . c2 . (t2 - t) = m1 . c1 . (t - t1) . (5.5)

Studenější látkou v kalorimetru bývá obvykle voda (jejíž měrná tepelná kapacita je dobře známa cvody 4 200 J.kg-1.K-1). S vodou se však po vložení teplejší látky ohřívá i sám kalorimetr (rovněž z teploty t1 na výslednou teplotu t ). Je-li kapacita kalorimetru Ck , přejde kalorimetrická rovnice do přesnějšího tvaru

m2 . c2 . (t2 - t) = m1 . c1 . (t - t1) + Ck . (t - t1) . (5.6)

Při experimentálním určování měrné tepelné kapacity dané látky obvykle nejprve s pomocí rovnice (5.6) vypočítáme kapacitu kalorimetru Ck, v němž pokus realizujeme, a pak teprve můžeme zjišťovat hodnoty měrných tepelných kapacit různých látek c na základě výše popsané tepelné výměny (prováděné obvykle s vodou).

Příklady:

1. Předmět z hliníku (cAl = 896 J.kg-1.K-1) o hmotnosti 800 g a teplotě 250 oC byl vložen do 1,5 l vody teploty 15 oC. Na jaké hodnotě se ustálila teplota soustavy po dosažení rovnovážného stavu?

V zadání úlohy se vůbec nehovoří o kalorimetru, předpokládejme tedy, že tepelná výměna byla ideální a probíhala pouze mezi hliníkovým předmětem a vodou. Výslednou teplotu t získáme úpravou kalorimetrické rovnice (5.5)

m2.c2.(t2 - t) = m1.c1.(t - t1) , kde c2 = cAl a kde hmotnost vody m1 = 1,5 kg .

Po několika krocích (tuto úpravu si proveďte sami) byste se měli dostat k výrazu

t = = oC 39 oC

Výsledná teplota soustavy bude tedy přibližně 39 oC .

2. V kalorimetru, jehož tepelná kapacita je 63 J.K-1, je nalit olej o hmotnosti 250 g a teplotě 12 oC. Do oleje ponoříme měděný předmět (cCu = 383 J.kg-1.K-1) hmotnosti 0,5 kg zahřátý na teplotu 100 oC. Po dosažení rovnovážného stavu se teplota ustálí na 33 oC. Určete měrnou tepelnou kapacitu použitého oleje.

Při známé kapacitě Ck použitého kalorimetru vyjdeme z kalorimetrické rovnice ve tvaru (5.6)

m2 . c2 . (t2 - t) = m1 . c1 . (t - t1) + Ck . (t - t1) , kde c2 = cCu ,

z níž po krátké úpravě (opět si ji proveďte sami!) získáme vztah pro neznámou měrnou tepelnou kapacitu oleje

c1 = = J.kg-1.K-1

2 190 J.kg-1.K-1

Měrná tepelná kapacita oleje je přibližně 2 190 J.kg-1.K-1 .

5.1.4 Změny skupenství látek

Pod pojmem změna skupenství chápeme takový fyzikální děj, při němž se mění skupenství určité látky. Ta jsou − jak známo − tři: pevné, kapalné a plynné. Tím pádem můžeme pozorovat následující děje:

→ tání, jež je změnou skupenství pevného v kapalné; u látek krystalických nastává při určité charakteristické teplotě nazývané teplota tání tt ;

→ tuhnutí, jež představuje opačný proces - změnu skupenství kapalného v pevné; u krystalických látek probíhá opět při určité charakteristické teplotě nazývané teplota tuhnutí tt. Tato teplota se u dané látky a za stejného vnějšího tlaku rovná teplotě tání;

→ vypařování − je změnou skupenství kapalného v plynné; na rozdíl od tání probíhá vypařování kapalné látky z jejího volného povrchu za každé teploty, kdy kapalné skupenství existuje;