關於此實驗
將固體加入咖啡杯量熱器中，比較升溫與降溫。此儀器將溶解進程與測得的溫度連結，而非將溫度本身視為熱量。改變攪拌程度、杯子的熱容量及熱交換，觀察為何較晚測得的溫度可能無法反映絕熱溫度變化。
學習目標
- 區分放熱溶解與吸熱溶解。
- 計算溶液和量熱器中儲存的熱量。
- 在測量溫度隨時間的變化時，考慮與室內的熱交換。
使用方法
- 1加入無水氯化鈣，並記錄初始升溫曲線。
- 2以氯化銨重複實驗，並比較溫度變化的符號。
- 3將與室內的熱傳遞設為零，並將最終溫度與絕熱條件下的預測值進行比較。
- 4增加熱交換並延長測量時間，說明為什麼即使溶解完成後，溫度仍會逐漸回到室溫。
模型
假設
- 取整後的固定溶解焓為：無水 CaCl₂ 為 -81.3 kJ/mol，NH₄Cl 為 +14.8 kJ/mol；其莫耳質量分別為 110.98 g/mol 和 53.49 g/mol。不考慮水合物和濃度依賴性。
- 整個混合物的比熱容為 4.18 J/(g·K)，並加上所選杯子的熱容量。液體和杯子具有相同且均勻的溫度，初始溫度為室溫。
- 溶解比例為 1 − exp(-kt)，其中 k = 0.025 ×（1 + 攪拌檔位）/秒。牛頓熱交換模型使用所選的熱導。耦合溫度的解可透過解析方法求得，並保留熱傳遞的符號。
在課堂上試試這個實驗
- Q1為什麼僅憑溫度變化不足以比較不同水量之間的熱量？
- Q2為什麼吸熱過程傳遞到室內的熱量可能為負？
常見問題
為什麼相同的鹽在不同水量中會產生不同的溫度變化？
釋放或吸收的熱量分配到不同的總熱容量中。
為什麼傳遞到室內的熱量有時為負？
吸熱溶解使杯中溫度降至室溫以下時，室內會向杯中供熱。因此，從杯中流出的熱量以帶符號的方式表示為負值。