2014年3月6日 星期四

水的融化熱

又到了做實驗的時間,今天要做的是「水的溶化熱」。

什麼?又是做這麼簡單的實驗?

是阿!
但是,雖然我們都知道溶化熱的意義是指物質從固體融化成等溫的液體時所吸收的熱,但是該怎麼測量呢?

在實驗中,我們假設已知的條件就只有 1 公克的水上升攝氏 1 度,所需要的熱量就是 1 卡,那麼我們該如何測得水的溶化熱呢?

有人想,不就是把冰取出來,看他融化需要吸收多少熱就可以了啊!

是嗎?

那麼如何「他溶化需要吸收多少熱」呢?

我們的世界是無時不刻都在交互作用的,一塊冰拿出來放到盤子裡,看著它的融化,其實它並不是同時間一起融化的,而且每個點上的溫度也不會一致的,那些都是會隨著與外界接觸的點而所變化,因此,我們其實沒有辦法將測試的狀態侷限到某一個小範圍,再來觀測它的細部變化,許多時候,我們只能就反應的前後狀態,來分析這些變化過程的細節。


在這個實驗中,倘若我們直接將冰塊放到水中,在絕熱的情況之下,這之中的熱交換會是什麼?

首先我們可以知道水與燒杯的溫度會下降,也就是他們的熱量流出來了,流到哪裡呢?就是讓冰塊升溫所需要的熱量啊!

那冰塊升溫的熱量分配其實又可以分成三塊,那就是固態水的升溫到攝氏 0 度的過程所吸收的熱,其次是固態水轉換成液態水時所需要的熱(溶解熱),最後就是冰塊溶解成的水,升溫到平衡溫度的熱量。

在這裡,我們可以發現,其實我們是有三個未知數,那就是冰的比熱、燒杯的比熱以及冰的融化熱,三個未知數該如何透過實驗來獲得呢?

簡單的說,那就是數學的技巧了。

我們必須執行多次的實驗,然後形成三個不同係數的方程式,接著就是解三元一次聯立方程式組的解了。

好了,實驗今天做過了,但是不表示實驗做完了,我們還要將數據分析,看看結果有沒有偏離我們的假設,如果有,那誤差會出現在那個過程?

同學們!加油!


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