المسعر الحراري  Calorimetry

الغرض من الجهاز:

      1.        إيجاد الحرارة النوعية لمادة صلبة.

      2.        أيجاد الحرارة النوعية لمادة سائلة.

 

الأدوات المستخدمة: ميزمان حرارة مئوي، مسختن حراري، مصدر لفرق الجهد، جهاز فولتميتر، اميتر، سلك معدني رفيع(محرك)، جهاز المسعر الحراري.

 

*** إيجاد الحرارة النوعية لمادة صلبة:

 

وصف الجهاز: عبارة عن أسطوانة من مادة معدنية تحتوي على ثقبين احداهما: لميزان الحرارة والأخر لإدخال المسهم الكهربائي.

لتقليل الفقدان الحراري يكون الوعاء نضع القطعة المعدنية على قطعة من البوليسترين وضع قطعة أخرى من نفس المادة على القطعة المعدنية من أعلى.

 

طريقة إيجاد الحرارة النوعية لمادة صلبة:

                في البداية نقوم بمعرفة كتلة القطعة المعدنية ثم نضعها داخل الوعاء.

                نقوم بتسجيل درجة الحرارة الابتدائية للمادة.

                نقوم بتوصيل الدائرة الكهربائية كما هو موضح في الشكل.

                نضبط المقاومة المتغيرة بحيث تتراوح شدة التيار الكهربائي بين 2-4 أمبير ويكون فرق الجهد 12 فولت.

                نسجل درجة الحرارة صم نقوم بفتح الدائرة الكهربائية.

                نقوم بتسجيل درجة الحرارة بعدما يبرد المسخن الحراري.

                نقوم مرة أخرى بإغلاق الدائرة الكهربائية وفي نفس الوقت نقوم بتسجيل الزمن وذلك باستخدام ساعة وقف.

                نسجل قراءة الفولتميتر والاميتر مع مراعاة ثبوت قيمة التيار الكهربائي وذلك باستخدام المقاومة المتغيرة.

                عندما تزداد درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، نقوم بتسجيل الزمن وفتح الدائرة الكهربائية.

                نقوم بتسجيل درجة الحرارة النهائية للميزان ويراعى التأخير لفترة في أخذ القراءة لكي يحدث إتزان حراري بين القطعة المعدنية والمسخن الحراري.

                نقوم بوضع النتائج كما يلي:_

 

كتلة القطعة المعدنية

= ك

غم

درجة الحرارة الابتدائية

= د1

س0

درجة الحرارة النهائية

= د 2

س0

التيار

= ت

أ

فرق الجهد

= ج

فولت

الزمن الابتدائي

= ز 1

ث

الزمن النهائي

= ز 2

ث

                بعد ذلك نقوم بإجراء الحسابات كما يلي :

زمن مرور التيار الكهربائي                ز = ز2 – ز                          ث   

الطاقة الحرارية ( جول)                  = ج ت ز                             جول

الارتفاع في درجة حرارة المادة  د = د2-د1                           جول

الحرارية النوعية للمادة                    =                            جول /غم . كلفين

في حالة حدوث اتزان حراري بين الطاقة المفقودة والمكتسبة فإن

الطاقة المكتسبة بالقطعة المعدنية = الطاقة التي يفقدها المسخن الحراري

ك * الحرارية النوعية للمادة * د =ج زت ز

إذن الحرارة النوعية للمادة       = ج ز ت / ك د             جول / غم . كليفن

أو                   = 1000X ج ت ز / ك د جول / كغم . كليفن

ملاحظة هامة :

                الحرارة النوعية للميزان الحراري والمسخن صغيرة جدا بالتالي يتم إهمالها .

                وحدة قياس السعة الحرارية النوعية للمادة تقاس بوحدة جول / كغم . كليفن وأحياناً تكتب جول /غم .كليفن .

 

إيجاد الحرارة النوعية لمادة سائلة :

وصف الجهاز : المسعر الحراري يكون مطلياً بمادة لتقي عملية التسرب الحراري ، مثبت بداخل وعاء آخر على قطعة عازلة السطح الخارجي له مصقول لتخفيض عملية التبادل الحراري بين الوسط الحراري بين الوسط والمسعر .

الأدوات المستخدمة : مسعر حراري من النحاس مع عازل ، فولتميتر ، أميتر ، سلك معدني معكوف ، مقاومة متغيرة ، ميزان حرارة مصدر لفرق الجهد .

طريقة عمل التجربة :

       `          نضع في المسعر ماء (3  /  4 ) .

       `          نضع الغطاء على المسعر والذي يحتوي أيضاً على المسخن الحراري .

       `          نضع الميزان الحراري في الماء وكذلك السلك المعدني المعكوف بحيث يكون الجزء المعكوف من أعلى ، ونسجل درجة الحرارة الابتدائية .

       `          توصيل المسخن الحراري على التوالي مع مصدر كهربائي dc كما في الشكل .

       `          يتم توصل الفولتميتر على التوازي مع المسخن الحراري .

       `          نستخدم المقاومة المتغيرة في ضبط شدة التيار الكهربائي لقيمة ثابتة .

       `          نضغط على ساعة التوقيت ، نقوم بتسجيل قراءتي الاميتر والفولتميتر .

النتائج :

كتلة المسعر الحراري والسلك المعكوف

ك 1

غم

كتلة المسعر والسلك والسائل معاً

ك 2

غم

كتلة السائل

ك = ك2 – ك1

غم

درجة الحرارة الابتدائية للسائل

د1

س0

درجة الحرارة النهائية للسائل

د2

س0

الزيادة في درجة الحرارة

د=د2-د1

كليفن

التيار

ت

أ

فرق الجهد

ج

فولت

الزمن

ز

ث

اعتبر الحرارة النوعية للنحاس

= 0.40جول/غم .كليفن

 

 

 

الحسابات :

الطاقة الحرارية التي يكتسبها المسخن          = ج ت ز                       جول

الحرارة النوعية للسائل جن                                                    جول /غم . كليفن

الحرارة المكتسبة للسائل  = ك  حن د                                     جول

كمية الحرارة المكتسبة بالمسعر والسلك المعكوف ( المحرك ) = ك1*0.4*د

إذن ك حن د+0.4 ك1د= ج ت ز

حن = (ت ز – 0.4ك1د  جول /غم . كليفن

***ملاحظة : نقوم باستمرار تحريك السلك المعكوف ( المحرك ) وذلك للمساعدة في انتقال الحرارة