Noske Rafał
SP-PC11/1/1
ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z FIZYKI Temat : C4 – „Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych”.
Prowadzący ćwiczenie:
Ocena:
1. Wstęp Celem pracy było wyznaczenie ciepła właściwego ciała stałego.
Przy pomiarach ciepła właściwego posługujemy się kalorymetrem tak skonstruowanym, aby ciała znajdujące się w jego wnętrzu były odizolowane termicznie od otoczenia. W
celu pomiaru ciepła właściwego c ciała, ogrzewamy je do temperatury t1 i umieszczamy w kalorymetrze z wodą o temperaturze początkowej t0. Bliski kontakt ciała z wodą powoduje szybką wymianę ciepła(energii), dzięki czemu ustala się wspólna temperatura t wody, kalorymetru i badanego ciała.
2.Zestawienie tabelaryczne otrzymanych wyników Badane ciało
mc [kg]
0,40128
Δmc
10-5
Masa
Kalorymetr
mk [kg]
0,09236
Δmk
10-5
Woda
mw [kg]
0,24646
Δmw
2 x 10-5
Początkowa
ciała
Tc [ºC]
71,7
ΔTc
0,1
Temperatura Początkowa
kalorymetru
Tw [ºC]
27
ΔTw
0,1
Końcowa
Tk [ºC]
32,9
ΔTk
0,1
Wody
C [ J ]
w
kgK
4175,4
ΔCw
0,1
Ciepło
Kalorymetru
C [ J ]
902,5
ΔC
właściwe
(Al)
k
kgK
k
0,1
Ciała stałego C [ J ]
421,6
ΔC
(wyliczenie)
x
kgK
x
16,6
Czas [s]
t1
t1+10
t1+20
t1+30
t1+40
t1+50
t1+60
Temperatura [ºC] 35,6
33,8
33,5
33,4
33,7
33,5
33,4
Czas [s]
t1+120 t1+180 t1+240
t1+300 t1+360 t1+420 t1+480
Temperatura [ºC] 33,3
33,2
33,1
33,0
33,0
33,0
32,9
3.Wyliczenie ciepła właściwego badanego ciała stałego Ciepło właściwe obliczamy ze wzoru : ( cw ⋅ mw + kc ⋅ mk)( kT − w T )
C
]
x=
[ J
m
kgK
c ⋅ ( c
T − k
T )
Tc=71,7 ºC=344,9 K
Tw=27 ºC=300,2 K
Tk=32,9 ºC=306,1 K
4175,4⋅0,24646902,5⋅0,09236 306,1−300,2
C
[ J ]
x=
0,40128⋅344,9−306,1
kgK
6563,3015056
C
]
x=
15,569664
[ J
kgK
Cx=421,6 [J/kgK]
4.Wyliczenie błędów
Błąd Cx obliczamy na podstawie wzoru metodą różniczki zupełnej : Δcx=
∣∂ cx∣⋅ Δc
∣⋅ Δm
∣⋅ Δc
∣⋅ Δm
∣⋅ Δm
∣⋅ ΔT
∣⋅ ΔT
∣⋅ ΔT
∂ c
w∣ ∂ c x
w∣∂ cx
k∣ ∂ cx
k ∣∂ cx
c∣∂ c x
c∣ ∂ c x
w∣ ∂ c x
k
w
∂ mw
∂ ck
∂ mk
∂ mc
∂ T c
∂ T w
∂ T k
y = Tk-Tw/mc·(Tc-Tk)
y = 0,4
obliczamy pochodne cząstkowe ze wzorów :
∂cx/∂cw=mw·y; ∂cx/∂mw=cw·y; ∂cx/∂ck=mk·y; ∂cx/∂mc=cx/mc;
∂cx/∂Tc= -cx/Tc-Tk;
∂cx/∂Tw= -cx/Tk-Tw; ∂cx/∂mk=ck·y; ∂cx/∂Tk= -(∂cx/∂Tk+∂cx/∂Tk) podstawiamy do wzorów (pomijamy∂cx/∂cw oraz ∂cx/∂ck ) i obliczamy poszczególne składniki sumy : Δcx= |cw·y|·Δmw+|ck·y|·Δmk+|-cx/mc|Δmc+|-cx/Tc-Tk|·ΔTc+
+|-cx/Tk-Tw|·ΔTw+|-((-cx/Tc-Tk)+(-cx/Tk-Tw))| ΔTk Δcx= |4175,4·0,4|·2·10-5 +|902,5·0,4|·10-5 +|-421,6/0,40128|·10-5 +|-421,6/38,8|·0,1 +
+|-421,6/5,9|·0,1 +|-(-421,6/38,8 - 421,6/5,9)|·0,1
Δcx= 16,6 [J/kgK]
5.Wnioski Wartość ciepła właściwego jaką otrzymaliśmy wyniosła 421,6 J/kgK.
Wartość błędu bezwzględnego obliczona za pomocą całki zupełnej wyniosła 16,6 J/kgK.
Wartość tego błędu jest stosunkowo duża, co z pewnością było spowodowane nieprzestrzeganiem zasad reżimu wykonywania doświadczenia.
Na tak duży błąd mogło wpłynąć niezbyt sprawne przekładanie próbki z ultratermostatu do kalorymetru z wodą, a także wlanie małej ilości wody do kalorymetru co mogło mieć wpływ na nieprawidłowe warunki wymiany ciepła i pomiary temperatur. Należy zauważyć że dla poprawnego oszacowania wyniku, należałoby doświadczenie przeprowadzić kilkakrotnie.
6.Załączniki
1) Tabela z pomiarami
2) Wykres zależności temperatury od czasu