"Chaleur" représente l'énergie thermique des molécules dans une substance. L'eau gèle à 0 degré Celsius. Mais la température d'un glaçon peut tomber bien au-dessous de cela. Quand un glaçon est retiré d'un congélateur, la température du cube augmente car il absorbe la chaleur de son environnement. Mais une fois que le glaçon atteint 0 C, il commence à fondre et sa température reste à 0 tout au long du processus de fusion, même si le glaçon continue d'absorber la chaleur. Cela se produit parce que l'énergie thermique absorbée par le glaçon est consommée par des molécules d'eau qui se séparent pendant la fusion. La quantité de chaleur absorbée par un solide pendant sa phase de fusion est connue sous le nom de chaleur latente de fusion et est mesurée par calorimétrie.
Collecte des données
Placez une tasse de styromousse vide sur une balance et enregistrez la masse de la tasse vide en grammes. Puis remplissez la tasse avec environ 100 millilitres, ou environ 3,5 onces, d'eau distillée. Retournez la tasse remplie à la balance et enregistrez le poids de la tasse et de l'eau ensemble.
Placez un thermomètre dans l'eau dans la tasse, attendez environ 5 minutes que le thermomètre atteigne l'équilibre thermique avec l'eau, puis enregistrer la température de l'eau comme température initiale.
Placer deux ou trois glaçons sur une serviette en papier pour enlever toute l'eau liquide sur les surfaces des cubes, puis transférer rapidement les cubes dans la tasse de polystyrène. Utilisez le thermomètre pour remuer doucement le mélange. Observez la lecture de la température sur le thermomètre. Il devrait commencer à tomber presque immédiatement. Continuer à remuer et enregistrer la température la plus basse indiquée sur le thermomètre avant que la température commence à augmenter. Notez cette valeur comme «température finale».
Retirez le thermomètre et replacez à nouveau la tasse de styromousse dans la balance pour enregistrer la masse de la tasse, de l'eau et de la glace fondue ensemble.
Calculs
Déterminer la masse d'eau dans la tasse en soustrayant la masse de la tasse vide du poids de la tasse et de l'eau ensemble, tel que recueilli à l'étape 1. Par exemple, si la tasse vide pesait 3,1 grammes et la tasse et eau pesaient ensemble 106,5 grammes, alors la masse de l'eau était de 106,5 - 3,1 = 103,4 g.
Calculer le changement de température de l'eau en soustrayant la température initiale de l'eau de la température finale de l'eau. Ainsi, si la température initiale était de 24,5 C et la température finale de 19,2 C, alors deltaT = 19,2 - 24,5 = -5,3 C.
Calculer la chaleur, q, retirée de l'eau selon l'équation q = mc (deltaT), où m et deltaT représentent la variation de masse et de température de l'eau, respectivement, et c représente la capacité calorifique spécifique de l'eau, soit 4,184 joules par gramme par degré Celsius, ou 4,187 J /gC. Poursuivant l'exemple des étapes 1 et 2, q = ms (deltaT) = 103,4 g * 4,184 J /g-C * -5,3 C = -2293 J. Ceci représente la chaleur retirée de l'eau, d'où son signe négatif. Par les lois de la thermodynamique, cela signifie que les glaçons dans l'eau ont absorbé +2293 J de chaleur.
Déterminer la masse des glaçons en soustrayant la masse de la coupe et de l'eau de la masse de la coupe , de l'eau et des glaçons ensemble. Si la coupe, l'eau et la glace pesaient ensemble 110,4 g, alors la masse des glaçons était de 110,4 g - 103,4 g = 7,0 g.
Trouver la chaleur latente de fusion, Lf, selon Lf = q ÷ m en divisant la chaleur, q, absorbée par la glace, telle que déterminée à l'étape 3, par la masse de glace, m, déterminée à l'étape 4. Dans ce cas, Lf = q /m = 2293 J ÷ 7.0 g = 328 J /g. Comparez votre résultat expérimental à la valeur acceptée de 333,5 J /g.
TL; DR (Trop long; Pas lu)
Si vous avez besoin de la chaleur latente de fusion dans des unités autres que joules par gramme, comme les calories par gramme, utilisez un outil de conversion d'unités en ligne, tel que celui fourni dans la section Ressources.
