能量与热力学第一定律
量热法
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量热法,是通过观察温度的变化来测量热的一门手艺。热没法直接看见,于是窍门是:让热流进一份已知数量的水(或别的材料),再读出它的温度升高了多少。由这个温升,加上水已知的热容,你就能反推出究竟放出或吸收了多少热。这是一种靠仔细「窃听」温度计来测量能量的方法。
做这件事的仪器叫量热计——最简单的,是一只带温度计、外面包了保温层的水杯;最精密的,则是浸在搅动水浴中的密封钢制「弹」。反应或燃烧的样品在里面进行,周围的水会忠实地把热吸收下来。因为容器是隔热的,几乎没有热逃得出去,所以这点温度变化诚实地报出了能量。
印在各种表格里的焓值和能量值,正是靠量热法一一钉下来的——某种燃料能量含量背后的「千焦每摩尔」,或者一份食物的卡路里,每一个都是这样量出来的。它把看不见的热流,变成了一个你可以信赖、可以反复取用的数字。
要测一颗花生的能量,就在一小罐水下面把它烧掉,再量出水升温了多少。营养标签上的食物卡路里,正是来自这种弹式量热法的测量。
把样品烧掉,量出水的温升,放出的热量就算出来了。
恒容的「弹式」量热计测的是内能变化 ΔU,因为密封刚性的容器不做膨胀功。恒压的(咖啡杯式)量热计测的则是焓变 ΔH。两者相差的,正是那一小份体积功;当反应有气体生成或消耗时,这点差别最为要紧。
又称
另见