تئوری آزمایش
در زندگی روزانه خود با مواد سرد و گرم زیادی در تماس هستید، مثلا گرم شدن یک نوشیدنی سرد یا خنک شدن یک نوشیدنی داغ را می‌بینید. این رخدادها را می‌توان با
ترمودینامیک توضیح داد. ترمودینامیک ، علم حرکت انرژی است. ترمودینامیک از لغت یونانی
ترمو به معنی گرما و
دینامیک به معنی حرکت تشکیل شده است. در این آزمایش ، جهت انتقال انرژی بین دو جسم را تعیین خواهید کرد.
هدف آزمایش
تعیین جهت انتقال انرژی بین دو جسم که با دماهای مختلف کنار هم قرار گرفته‌اند.
مواد لازم
- یک کتری چای دو لیتری با در
- بخاری
- خط کش
- نخ
- چند انبرک
- آب
- یک ظرف یک لیتری
- قیچی
- سه عدد میخ از جنس فولاد ضد زنگ
- حرارت سنج
شرح آزمایش
- سه چهارم کتری چای را از آب پر کنید و آن را حرارت دهید.
- زمانی که آب جوش آمد، ظرف یک لیتری دیگر را تا نیمه با آب سرد پر کنید.
- با استفاده از دماسنج ، دمای آب سرد ظرف را اندازه بگیرید و از آن به عنوان دمای اولیه آب استفاده کنید.
- از نخ یک قطعه 30 سانتیمتری ببرید.
- سه میخ را به یک سر نخ ببندید.
- میخها را با نخ به درون کتری در حال جوش ببرید، بطوری که در وسط آب غوطه‌ور شوند.
- سر دیگر نخ را از سر کتری بیرون آورده ، در کتری را ببندید. باید در حین بستن در کتری ، گره نخ محکم باشد و میخها به صورت غوطه‌ور باقی بمانند.
- به مدت 5 دقیقه میخها را گرما دهید. در این صورت دمای میخها به دمای آب داغ می‌رسد که حدود 100 درجه سانتی‌گراد است. این دما را به‌عنوان دمای اولیه میخها یادداشت کنید.
- با استفاده از انبرک ، میخها را از آب در حال جوش خارج کنید.
- میخها را به‌شدت تکان دهید تا آب آن تا حد امکان خارج شود، سپس به‌سرعت میخها را در آب سرد فرو ببرید.
- دمای آب ظرف را مشاهده کنید. وقتی دما به مقداری ثابت برسد، دیگر آب را نزنید و در این حالت ، دمای مشاهده را به عنوان دمای نهایی آب و میخ یادداشت کنید.
- تفاوت دمای ابتدایی و نهایی را برای آب و فلز بدست آورید (عدد کوچکتر را از عدد بزرگتر کم کنید).
- جدول داده‌هایی تنظیم کنید که در آن دمای اولیه ، دمای نهایی و تغییرات دمایی آب و فلز ، در آن گنجانده شود.
نتیجه آزمایش
تغییرات دقیق دمای آب و فلز بستگی به دمای اولیه آبی دارد که در ظرف است. سایر پارامترها نیز روی تغییرات دمایی مواد اثر می‌گذراند، اما در این آزمایش بیشترین تغییرات دما در مورد
فلز است.
علت
بر اساس علم ترمودینامیک (علم انتقال انرژی) ، وقتی دو ماده مثل میخهای داغ و آب سرد که دماهای مختلفی دارند، در کنار هم قرار گیرند، گرما از جسم گرمتر به جسم سردتر منتقل می‌شود. این تبادل گرمایی ادامه می‌یابد تا هر دو جسم به دمای یکسان برسند. اگر فرض شود که هیچ اتلاف گرمایی وجود نداشته باشد، در این صورت گرمایی که آب دریافت می‌کند، برابر است با گرمایی که میخها از دست می‌دهند.
این همان
قانون اول ترمودینامیک است که می‌گوید: « کل انرژی یک سیستم بسته (ایزوله) ثابت است. » علت آن است که هرگاه انرژی قسمتی از مخلوط بالا رود، انرژی قسمت دیگر کاهش می‌یابد. در نتیجه تغییرات کل ثابت است.
نویسنده :فیروزه نجفی
منبع
فعالیتهای لذت بخش شیمی ؛ ترجمه: طاهره رستگار ؛ انتشارات مدرسه ؛ پاییز 1380
