Когда что-то горит, оно выделяет энергию в виде тепла и света. Количество энергии, выделяемой конкретным пламенем, различается в зависимости от сжигаемого топлива. Вы можете проверить количество энергии, выделяемой топливом, измерив изменение температуры, создаваемое пламенем в емкости с водой. Один из способов измерить энергию - построить калориметр, который измеряет количество тепла, участвующего в химической реакции или тепловом процессе.
Шаги
Часть 1 из 3: Создание простого калориметра
Шаг 1. Отмерьте воду мерным цилиндром
Важно точно знать, сколько воды вы используете. Это позволит вам подсчитать, сколько энергии было потрачено на нагрев воды. Используйте мерный цилиндр, чтобы точно отмерить 100 миллилитров (3,4 жидких унций) воды для эксперимента. Запишите эту сумму в блокнот.
Шаг 2. Налейте воду в банку с газировкой
Алюминиевая банка из-под газировки будет проводить тепло более эффективно, чем стеклянный цилиндр. Будьте осторожны, чтобы не пролить воду. Важно, чтобы количество воды, которое вы записали, было правильным.
Шаг 3. Установите баллончик над источником топлива
Поскольку тепло возрастает, вы получите максимальную теплопередачу, если поместите баллончик непосредственно над источником топлива. Используйте подставку или соорудите какой-нибудь простой прибор, чтобы держать баллончик на 6-8 см (2,4-3,1 дюйма) над источником топлива. Используйте металл, чтобы удерживать банку на месте.
Такие материалы, как дерево или пластик, могут расплавиться или загореться, поэтому обязательно используйте огнестойкие материалы для изготовления подставки
Часть 2 из 3: Измерение изменений температуры
Шаг 1. Измерьте начальную температуру воды
Без начальной температуры воды вы не сможете узнать, сколько тепла было поглощено. Опустите термометр в воду и снимите показания. Запишите чтение, чтобы вы его точно запомнили.
Например, ваше начальное значение может быть 20 ° C (68 ° F). Лучше всего проводить измерения в градусах Цельсия, так как в дальнейшем это упростит ваши вычисления
Шаг 2. Зажигаем топливо под водой
Используйте спичку или зажигалку для гриля, чтобы зажечь топливо. Обычные топлива для тестирования включают арахисовое масло, растительное масло, метанол или этанол. Этот шаг должен выполняться взрослым или под присмотром взрослого.
- Надевайте перчатки и защитные очки, чтобы защитить глаза и руки.
- Прежде чем поджечь топливо, разработайте план безопасности на случай, если что-то пойдет не так или возгорание распространится. Держите поблизости огнетушитель.
Шаг 3. Определите окончательную температуру воды
После того, как все топливо сгорит или вы его потушите, вам потребуется второе измерение температуры. Используйте тот же термометр и вставьте его в воду. Запишите конечную температуру для использования при расчете энергии, выделяемой при сжигании топлива.
Ваше окончательное чтение должно быть выше первоначального. Например, это может быть около 24 ° C (75 ° F), в зависимости от вашего топлива
Часть 3 из 3: Расчет высвобожденной энергии
Шаг 1. Найдите разницу температур
Вычтите начальную температуру из конечной температуры. Это покажет вам, насколько изменилась температура воды из-за горящего топлива под ней. Преобразуйте это число в градусы Цельсия, если ваши измерения были не в градусах Цельсия.
-
Вы можете преобразовать число из Фаренгейта в Цельсия, используя уравнение C = (F − 32) x5 / 9 { displaystyle C = (F-32) x5 / 9}
where C is the temperature in Celsius and F is the temperature in Fahrenheit.
- An example is 24 °C (75.2 °F) - 20 °C (68.0 °F) = 4 °C (39.2 °F).
Шаг 2. Умножьте разницу температур на удельную теплоемкость воды
Удельная теплоемкость воды - это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Для воды удельная теплоемкость составляет 1 калорию на грамм Цельсия. Это означает, что для нагрева 1 грамма воды на 1 градус Цельсия требуется 1 калория.
- Единица измерения удельной теплоемкости записывается как 1 калория / (грамм x градусы Цельсия).
- Умножение этого на разницу температур дает 4 градуса Цельсия x 1 калория / (грамм x градус Цельсия) = 4 калории / грамм.
Шаг 3. Учесть массу воды
Теперь умножьте произведение разницы температур и удельной теплоемкости на количество использованной воды. Обратите внимание, что 1 мл воды равен 1 грамму воды. Убедитесь, что вы используете единицы измерения в граммах.
Это даст вам энергетический выброс: 4 калории / грамм x 100 грамм = 400 калорий
Шаг 4. Осознайте, что ваша система теряет немного энергии
Хотя часть выделяемого тепла уходит прямо вверх и в воду, ваша система не идеальна. Некоторое количество тепла будет потеряно для окружающего воздуха. Небольшое количество тепла будет поглощать сама банка. Мало что можно сделать, чтобы компенсировать потери тепла.
Если вы пытаетесь проводить высокоточные эксперименты, вы можете приобрести коммерческий калориметр, но даже в этом случае результаты могут быть неэффективными на 100%
подсказки
Осторожно закрепите банку на подставке, чтобы она не опрокинулась и не упала на огонь. Также убедитесь, что банка не находится рядом с ноутбуком. Также убедитесь, что банка не касается пламени. Между ними должно быть небольшое пространство
Предупреждения
- Пары некоторых веществ токсичны. Если у вас нет вытяжного шкафа, которым вы умеете пользоваться, используйте домашнее топливо, например свечи.
- Огонь чрезвычайно опасен, и вы легко можете обжечься. Будьте осторожны с ним и всегда держите под рукой огнетушитель.