Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
462Pierwszazasadatermodynamiki
dU=dq+dwob
j+dw
e
(2A.10)
wktórymdw
eoznaczapracęinną(dodatkową,ekstra6)niż
pracaobjętościowa,dw
obj
.Naprzykładdw
e
możebyćpra-
cąelektrycznązwiązanązprzepływemprąduprzezobwód
elektryczny.Układmającystałąobjętośćniemożewyko-
naćpracyobjętościowej,wjegoprzypadkuzatemdw
obj
=0.
Jeżeliukładniemożewykonaćpracyżadnegoinnegoro-
dzaju(naprzykładjeśliniejestogniwemelektrochemicz-
nymzasilającymsilnikelektryczny),wtedyrównieżdw
e
=0.
Wtakichwarunkach
dU=dq7
ciepłowymienionewstałejobjętości
7
(2A.11a)
ZwiązektenzapisujemywformierównaniadU=dqV,
wktórymindeksdolnyVoznaczaprzemianęzachodzącą
wstałejobjętości.Dlamierzalnejprzemianyzachodzącejpo
danejdrodzezestałąobjętościąpomiędzystanamipocząt-
kowym(p)ikońcowym(k):
comożnapodsumowaćzależnością
ΔU=qV
(2A.11b)
Należyzwrócićuwagę,żewynikucałkowaniadqniezapi-
sujemywpostaciΔq,ponieważq,wprzeciwieństwiedoU,
niejestfunkcjąstanu.Zrównania(2A.11b)wynika,że
mierzącenergiędostarczonąjakociepłodoukładuosta-
łejobjętości,mierzymyjednocześniezmianęjegoenergii
wewnętrznej.
(a)Kalorymetria
Kalorymetriazajmujesięprzepływemenergiiwposta-
ciciepłapodczasprocesówfizycznychichemicznych.
Kalorymetrjesturządzeniemmierzącymenergięprzeka-
zanąwformieciepła.Najczęściejspotykanymurządzeniem
dopomiaruq
V
(azatemiΔU)jestkalorymetradiabatyczny
(rys.2A.8).Proces,którychcemybadać,np.reakcjache-
miczna,zachodziwewnątrzzbiornikaostałejobjętości
(wnbombie”).Bombakalorymetrycznajestzanurzona
właźni,wktórejwodajestmieszanairazemzniąstanowi
kalorymetr.Kalorymetrjestdodatkowozanurzonywze-
wnętrznejłaźniwodnej.Temperaturawodywkalorymetrze
itemperaturazewnętrznejłaźnisąstalemierzoneiwyrów-
nywane.Takiukładzapobiegawypadkowemuprzepływowi
6
Pracatajestrównieżokreślanajakonpracanieobjętościowa”(przyp.
tłum.).
7Przezukładniewykonującypracynieobjętościowej(przyp.tłum.).
tlenpod
zwiększonym
ciśnieniem
zbiornik
(bomba)
wlottlenU
próbka
woda
przewody
zapłonowe
termometr
Rys.2A.8Kalorymetrostałejobjętości.„Bomba”
toznajdującysięwjegośrodkuzbiornikokonstrukcji
wystarczającomocnej,bymógłwytrzymaćwysokieciśnienia.
Kalorymetremjestcałyukładprzedstawionynarysunku.
Wceluzapewnieniaadiabatycznościprzemianykalorymetr
jestzanurzonywłaźniwodnejotemperaturzewyrównywanej
wsposóbciągłyztemperaturąkalorymetrunakażdym
etapiespalania
ciepłapomiędzykalorymetremaotoczeniem(tj.łaźnią),
dlategokalorymetrtakinazywanyjestadiabatycznym.
Zmianatemperaturykalorymetru,ΔT,jestproporcjonal-
nadoenergiiuwalnianejlubpochłanianejwformieciepła
podczasreakcji.DlategomierzącΔTmożemywyznaczyćq
V
,
aprzeztorównieżΔU.NajdogodniejjestprzeliczyćΔT
naqV,wykonująckalibracjękalorymetruprzezprzepro-
wadzeniewnimprocesu,podczasktóregowydzielana
jestznanailośćciepła,iobliczeniestałejkalorymetru,C,
napodstawierównania
q=CΔT
(2A.12)
Stałąkalorymetrumonawyznaczyćmetodąelektryczną.
Wtymceluprzezgrzejnikumieszczonywkalorymetrze
przepuszczasięwczasietprądostałymnatężeniu,I,wy-
twarzanyprzezźródłooznanejróżnicypotencjałów,Δ
ϕ
.
Wtedy(zob.Niezbędnikchemika8)
q=ItΔ
ϕ
(2A.13)
Krótkiewyjaśnienie2A.4
Jeżeliprądonatężeniu10,0A,płynącyzeźródłaonapięciu
12V,jestprzepuszczanywczasie300s,to,zgodniezrówn.
(2A.13),energiadostarczonawpostaciciepławynosi
q=(10,0A)·(300s)·(12V)=3,6·104AVs=36kJ
Wynikotrzymujemywdżulach,ponieważ1AVs=
1(Cs
-1
)Vs=1CV=1J.Jeżeliobserwowanyjestwzrost
temperaturyo5,5K,tostałakalorymetruwynosi
C=(36kJ)l(5,5K)=6,5kJK-1.
InnysposóbzmierzeniastałejkalorymetruCpolegana
spaleniuwnimsubstancjioznanejmasieiznanymcieple
