Wyznaczanie ciepła parowania i ciepła topnienia

Przyrządy:

1. Kalorymetr.
2. Naczynie aluminiowe.
3. Dwie grzałki o różnej mocy.
4. Woltomierz.
5. Amperomierz.
6. Waga laboratoryjna.
7. Termometr.

Przebieg czynności:

I. Wyznaczanie ciepła parowania

1. Ustawić zakres pomiarowy woltomierza na

~

V

750

oraz amperomierza na

~

A

20

.

2. Napełnić wodą aluminiowe naczynie do zaznaczonego poziomu. Wyznaczyć łączną

masę naczynia i wody

1

w

n

m

+

.

3. Zawiesić grzałkę o większej mocy na stojaku i zanurzyć ją w naczyniu tak, aby jej

ebonitowy uchwyt nie dotykała ścianek naczynia. Podłączyć grzałkę do prądu.
Doprowadzić wodę do wrzenia.

4. Gdy woda zacznie wrzeć włączyć stoper i przez

minut

10

=

t

kontynuować proces

wrzenia. W tym czasie odczytać wskazania woltomierza

1

U

i amperomierza

1

I

.

5.

Wyłączyć zasilanie grzałki

i wyjąć ją z naczynia. Wyznaczyć ponownie masę

naczynia z wodą

1

w

n

m

+

′

. Obliczyć masę

1

p

m pary wodnej powstałej w procesie

wrzenia

1

1

1

w

n

w

n

p

m

m

m

+

+

′

−

=

.

6. Wykonać czynności opisane w punktach 2–5 podłączając drugą grzałkę, o mniejszej

mocy.

7. Obliczyć ciepło parowania wody

(

)

2

1

2

2

1

1

p

p

m

m

t

I

U

I

U

R

−

−

=

.

Otrzymaną wartości ciepła parowania R z wartością tablicową

.

abl

t

R

8. Dla obu grzałek obliczyć:

– ciepło pobrane przez wodę o masie

na przejście w stan gazowy

p

m

R

m

Q

p

w

=

,

– ciepło pobrane przez otoczenie w wyniku strat cieplnych na ściankach naczynia

(

)

(

)

[

]

R

m

m

t

I

U

I

U

Q

p

p

o

2

1

2

2

1

1

2

1

+

−

+

=

,

– ciepło oddane przez grzałkę

UIt

Q

g

=

,

– wydajność grzałki w procesie wrzenia

g

w

Q

Q

=

η

.

II. Wyznaczanie ciepła topnienia

1. Wyznaczyć masę

k

m wewnętrznej części kalorymetru, wraz z pokrywką i

mieszadełkiem.

2. Nalać zimnej wody do wysokości ¼ kalorymetru. Następnie dolać do ½ wysokości

kalorymetru wody gorącej (z poprzedniej części ćwiczenia). Włożyć do kalorymetru
mieszadełko i przykryć go pokrywką. Wyznaczyć masę

w

k

m

+

kalorymetru z wodą.

Umieścić kalorymetr w osłonie zewnętrznej i zmierzyć temperaturę początkową wody
i kalorymetru

4

T

.

3. Odczytać temperaturę w zamrażalniku lodówki

1

T

. Wyjąć z zamrażalnika ilość lodu

wskazaną przez prowadzącego zajęcia i wrzucić go do kalorymetru. Włożyć do
kalorymetru mieszadełko i zamknąć go pokrywką. Przykryć kalorymetr płytką
ebonitową.

4. Mieszając wodę doprowadzić do stopienia lodu.
5. Wyznaczyć temperaturę końcową

3

T oraz masę kalorymetru z wodą i lodem

l

w

k

m

+

+

.

6. Na podstawie wcześniejszych pomiarów obliczyć masę wody

w

m oraz masę

wrzuconego lodu

l

m .

7. Wyznaczyć ciepło topnienia lodu

(

)(

)

(

)

(

2

3

1

2

3

4

T

T

c

T

T

c

m

T

T

c

m

c

m

L

w

l

l

k

k

w

w

−

−

−

−

)

−

+

=

i porównać otrzymaną wartość ciepła topnienia z wartością tablicową.

8. Obliczyć ciepła występujące w równaniu bilansu cieplnego:

(

1

2

1

T

T

c

m

Q

l

l

−

=

)

)

)

)

− ciepło pobrane przez lód w trakcie jego ogrzewania,

L

m

Q

l

=

2

− ciepło pobrane przez lód w trakcie jego topnienia,

− ciepło pobrane przez wodę powstałą z lodu w trakcie jej

ogrzewania,

(

2

3

3

T

T

c

m

Q

w

l

−

=

(

3

4

4

T

T

c

m

Q

w

w

−

=

− ciepło oddane przez wodę,

(

3

4

5

T

T

c

m

Q

k

k

−

=

− ciepło oddane przez kalorymetr.

i na ich podstawie wykonać wykres bilansu cieplnego dla ciepła topnienia.

Tabele pomiarowe:

I. Wyznaczanie ciepła parowania

Większa grzałka:

1

w

n

m

+

1

w

n

m

+

′

1

p

m

t

1

U

1

I

1

w

Q

1

o

Q

1

g

Q

1

η

[kg] [kg]

[kg]

[s]

[V]

[A]

[J]

[J]

[J]

Mniejsza grzałka:

2

w

n

m

+

2

w

n

m

+

′

2

p

m

t

2

U

2

I

2

w

Q

2

o

Q

2

g

Q

2

η

[kg] [kg]

[kg]

[s]

[V]

[A]

[J]

[J]

[J]

cal/g

...

J/kg

...

=

=

R

cal/g

...

J/kg

...

tabl

=

=

R

II. Wyznaczanie ciepła topnienia

k

m

w

k

m

+

l

w

k

m

+

+

w

m

l

m

4

T

1

T

3

T

1

Q

2

Q

3

Q

4

Q

5

Q

[kg] [kg] [kg] [kg] [kg] [ºC]

[ºC] [ºC]

[J]

[J] [J]

[J]

[J]

cal/g

...

J/kg

...

=

=

L

cal/g

...

J/kg

...

tabl

=

=

L