DIY-Kalorimeter bauen: Ein einfaches Wissenschaftsexperiment

Energie selbst messen: Ein einfaches Kalorimeter

Haben Sie schon immer wissen wollen, wie viel Energie es braucht, um Kristalle zu zerschlagen oder eine Tasse Kaffee zu erhitzen? Wissenschaftler verwenden Kalorimeter, um die Menge an Wärme zu bestimmen, die bei einer bestimmten chemischen Reaktion abgegeben oder aufgenommen wird. Es ist mäßig einfach, ein einfaches Kalorimeter aus Haushaltsgegenständen zu bauen, aber die Kalibrierung erfordert ein paar zusätzliche Schritte.

Benötigte Dinge

• Drei Styropor-Kaffeetassen
• Plastik-Kaffeedeckel mit geschlossenem Klappverschluss
• Stift oder anderes Durchstechgerät
• Umrührstab
• Wasser
• Messbecher (metrisch)
• Thermometer mit Celsius-Einheiten
• Reaktanten

Anleitung

Zusammenbau und Kalibrierung

1. Schlagen Sie zwei Löcher in den Plastik-Kaffeedeckel – eines groß genug für das Thermometer und eines groß genug für den Umrührstab.

2. Messen und notieren Sie eine feste Menge kaltes Wasser – zum Beispiel 25 Gramm – in eine Styropor-Tasse. (Denken Sie daran, dass bei Standardtemperatur und -druck 1 mL = 1 Gramm beträgt.) Stapeln Sie die Tasse mit dem kalten Wasser auf eine weitere Styropor-Tasse. Der Zweitassen-Behälter ist das Kalorimeter.

3. Stecken Sie das Thermometer in die Tasse mit kaltem Wasser. Notieren Sie die Temperatur.

4. Messen und notieren Sie dieselbe Menge heißes Wasser (25 g im Beispiel) in die andere Styropor-Tasse. Stecken Sie das Thermometer in die Tasse mit heißem Wasser. Notieren Sie die Temperatur.

5. Gießen Sie das heiße Wasser in das kalte Wasser. Verschließen Sie den Deckel auf der Styropor-Tasse mit dem Wasser. Führen Sie den Umrührstab durch sein Loch und rühren Sie um. Stecken Sie das Thermometer ein. Lesen und notieren Sie die Temperatur des gemischten Wassers.

6. Ziehen Sie die Anfangstemperatur des heißen Wassers von der Endtemperatur des gemischten Wassers ab, um die Temperaturänderung des heißen Wassers zu ermitteln.

7. Ziehen Sie die Anfangstemperatur des kalten Wassers von der Endtemperatur des gemischten Wassers ab, um die Temperaturänderung des kalten Wassers zu ermitteln.

8. Berechnen Sie die Wärmeänderung im heißen Wasser:

   Q(h) = m(h) × t(h) × 4,184

   wobei Q(h) die Wärmeänderung im heißen Wasser ist, m(h) die Masse des Wassers in Gramm, t(h) die Temperaturänderung im heißen Wasser und 4,184 die spezifische Wärme von Wasser.

9. Berechnen Sie die Wärmeänderung im kalten Wasser:

   Q(c) = m(c) × t(c) × 4,184

   wobei Q(c) die Wärmeänderung im kalten Wasser ist, m(c) die Masse des kalten Wassers in Gramm, t(c) die Temperaturänderung im kalten Wasser und 4,184 die spezifische Wärme von Wasser.

10. Da die Wärmeänderung eines Systems insgesamt 0 ergeben muss, verwenden Sie die Gleichung

    0 = Q(Kalorimeter) + Q(h) + Q(c)

    um die Wärmeänderung im Kalorimeter, Q(Kalorimeter), zu bestimmen.

11. Verwenden Sie die Gleichung

    Q(Kalorimeter) = Wärmekapazität(Kalorimeter) × t(Kalorimeter)

    um die Wärmekapazität des Kalorimeters zu berechnen. Lassen Sie t(Kalorimeter) der Temperaturänderung des Kalorimeters entsprechen, die dieselbe ist wie die Temperaturänderung des kalten Wassers.

12. Nachdem Sie nun die Wärmekapazität des Kalorimeters kennen, können Sie es verwenden, um Wärmeänderungsmessungen in anderen Gleichungen zu kalibrieren, wie der Lösungswärme eines Salzes.