瑞帝電通國際有限公司 - READY INTERNATIONAL INC.
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型號: 化學實驗-物質狀態001
名稱: 物質狀態001-硬酯酸的冷卻曲線
規格:
﹝實驗主題﹞
在硬酯酸冷卻過程中溫度如何變化?
[實驗探討]
在此實驗中,您將觀察到硬酯酸(蠟組分)的冷卻過程。首先,將固體硬脂酸加熱直到其熔化,然後使其冷卻至其凍結,您將記錄硬脂酸在冷卻時的溫度。
[實驗器材]
1. CMA公司的『資料處理器』(Data logger),可以選擇型號:001 Vincilab筆記型資料處理器或型號:006p CoachLabII+桌上型資料處理器
2. (自選)型號:ML11S『溫度感測器』(Temperature sensor)
3. 試管支架和夾具
4. 含有約10g硬脂酸的試管
5. 250mL含有水的燒杯
6. 電加熱器或酒精燈以用來加熱水
[實驗安全]
請戴護目鏡。
[實驗步驟]
1. 將溫度傳感器連接到數據記錄儀的輸入1。
2. 將一些硬脂酸放入沸騰管中約2厘米的高度。
3. 將試管放在裝滿一半的水的燒杯中
4. 夾緊管子,使其可以安全地從燒杯中提出。
5. 將熱水煮沸,直到所有硬脂酸熔化。
6. 小心地將溫度探頭插入沸騰管中,再將水煮沸半分鐘。
7. 停止加熱水,並小心地從燒杯中取出沸騰的管,將其保持在夾具中。
8. 開始記錄溫度。
9. 盡可能長時間攪拌物質。
10. 觀察溫度對時間的曲線,觀察試管中物質的視覺變化。
11. 從圖中可以看出哪一部分顯示液體狀態?
12. 哪個部分顯示固態?
13. 液體何時開始凝固?
14. 液體固化需要多長時間?
15. 硬脂酸的固化溫度不變化, 有什麼證據表明實際上是散熱?
16. 固化後溫度繼續下降。 為什麼?
17. 是否可由圖形的形狀得知物質的熱量是損失?
18. 如果你測量10分鐘的結果,你認為圖表會產生什麼改變?
[實驗原理]
1.
介紹(Introduction)
大多數物質存在於三種不同的物理狀態,每種物質具有獨特的性質:
- 氣體: 該物質透過擴散過程填滿所有可用的空間。氣體密度低、可壓縮、可以在任何方向對表面施加均勻的壓力。 他們往往是看不見的。
- 液體: 該物質容易改變其形狀,通常需要一個容器來阻止其水平擴展。它被重力約束以形成水平表面,液體通常比氣體密度高1000倍。
- 固體: 該物質保持固定的形狀,除非它被外力作用擠壓或拉伸。許多(但不是全部)固體比液體更稠密。
2.溫度和熔點(Temperature and melting point)
給定物質的狀態取決於其溫度,液體和固體之間的轉變溫度稱為熔點,因此,高於其熔點的物質處於液體狀態,而熔點低於固體狀態。 在室溫下,所有液體的熔點低於室溫,而所有固體的熔點高於室溫。 物質清單及其熔點允許在任何所選溫度下確定任何物質的狀態。在0至攝氏100度的溫度範圍內,水以液態存在。 在實驗室中,對於熔點在該範圍內的物質,最容易觀察到液體和固體之間狀態的變化。
3.(動力學理論; 黏著,潛熱,能源)Kinetic theory; bonds, latent heat, energy
物質的動力學理論設想所有的物質都是由永久振動或隨機運動狀態的多個相同粒子(原子或分子)組成的。在液體和固體中,顆粒彼此充分接近,因為吸引力佔優勢並將物質保持在一起。在固體狀態下,顆粒的填充物非常接近,使得它們佔據單個顆粒可能振動、但不改變位置的剛性。在液體狀態下,顆粒間隔更遠並且更鬆散地保持在一起,它們的運動比在固體中更隨機,並且它們更容易地改變位置。在氣體狀態下,顆粒以更大的速度隨機移動,並且平均比液態更遠。顆粒的自然運動與物質的溫度有關;在氣體和液體中,較高的溫度與較高的顆粒平均速度相關;在固體中,較高的溫度與較高頻率和顆粒振動振幅相關。
物質的溫度可以被認為與顆粒的動能有關; 因此,向固體供應熱能可以認為是增加顆粒的平均振動動能。
當身體從周圍環境中失去或獲得熱量時,傳熱速率(ΔQ/Δt)取決於身體與周圍環境之間的溫度差異:
其中T和Ts分別是身體和周圍的溫度,K是比例常數。
在宏觀方面,質量(m)的溫度變化(ΔT)所需的熱(ΔQ)由下式描述:
其中'c'是物質的比熱。
當在臨界溫度下加熱物質時,一些供應的能量用於破壞顆粒之間的吸引力,使得物質變成液體。 當所有物質都變成液體時,進一步的熱量會導致溫度升高。 當液體冷卻時,發生相反的過程:即物質的凝固釋放出潛在的熱量,這會在周圍環境中喪失。釋放的熱量與物質的質量有關,物質固化時:
其中L是當1kg物質固化時釋放的熱量。
在從液體到固體的過渡期間,溫度在熔點保持穩定。
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