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Si vous comptez expérimenter pour déterminer la quantité de chaleur perdue ou gagnée au cours d’une réaction chimique ou d’un autre processus, vous devez le faire dans un conteneur. Le conteneur, qui est le calorimètre, pourrait être aussi simple qu'une tasse de polystyrène ou aussi sophistiqué qu'un conteneur anti-déflagrant immergé dans de l'eau. Dans tous les cas, il absorbera une partie de la chaleur. Il est donc important de la calibrer avant de mener votre expérience. La calibration vous donne un nombre appelé la constante du calorimètre. C'est la quantité d'énergie thermique nécessaire pour augmenter la température du calorimètre de 1 degré Celsius. Une fois que vous connaissez cette constante, vous pouvez utiliser le calorimètre pour mesurer la chaleur spécifique d'autres matériaux.
Détermination de la constante calorimétrique
Lorsque vous combinez une quantité d'une substance avec la même quantité de la même substance à une température différente et que vous mesurez la température d'équilibre, vous devriez vous en rendre à mi-chemin entre les températures initiales. C'est une idéalisation, cependant. En réalité, une partie de la chaleur est absorbée par le calorimètre.
Une façon de calibrer un calorimètre consiste à mélanger deux quantités d'eau à différentes températures et à enregistrer la température d'équilibre. L’eau fonctionne bien à cet effet car elle possède une chaleur spécifique facile à manipuler (Cs) de 1 calorie par gramme par degré Celsius (4,186 Joules / g C). Versez une quantité connue d’eau chaude (m1) dans un calorimètre contenant une quantité connue d'eau froide (m2) et enregistrez la température d'équilibre du mélange. Vous constaterez que la chaleur perdue par l'eau chaude dépasse la chaleur de l'eau froide. La différence est la chaleur absorbée par le calorimètre.
L'eau chaude perd une quantité d'énergie thermique donnée par q1 = m1CS∆T1, et l'eau froide gagne un montant égal à q2 = m2CS∆T2. La quantité absorbée par le calorimètre est de (q1 - q2) = (m1 CS∆T1 ) - (m2CS∆T2). La température du calorimètre augmente de la même quantité que celle de l'eau froide, de sorte que la capacité calorifique du calorimètre, identique à la constante du calorimètre (cc), est égale à (q1 - q2) ∆T2 cal / g ˚C ou
cc = CS (m1∆T1 + m2∆T2) ∆T2 cal / g ˚C
Mesurer la chaleur spécifique
Une fois que vous connaissez sa capacité calorifique, vous pouvez utiliser un calorimètre pour calculer la chaleur spécifique d'une substance inconnue. Chauffer une masse connue de la substance (m1) à une température spécifique (T1). Ajoutez-le au calorimètre dans lequel vous avez déjà placé une autre masse de la même substance (m2) à une température plus basse (T2). Attendez que la température se stabilise et enregistrez cette température d'équilibre (TE).
Vous trouvez la chaleur spécifique de la substance en utilisant l’équation ci-dessus, réorganisée pour résoudre CS.
CS = (cc • ∆T2) (M1∆T1 + m2∆T2) cal / g ˚C.