Sprawozdanie nr 2

Ćwiczenie nr 22

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu za pomocą kalorymetru

Grupa II

Monika Sadowska

Magdalena Spurek

1. Wstęp teoretyczny

Ciepło topnienia - ilość energii oddanej przy topnieniu przez jednostkę masy danej substancji; wyraża się wzorem:

L - ciepło topnienia

Q - ciepło dostarczane

m - masa

Ciepło topnienia jest liczbowo równe ciepłu, które należy dostarczyć, aby 1kg ciała stałego zamienić w ciecz, bez zmiany temperatury.

Jednostką ciepła topnienia jest

Druga zasada termodynamiki stwierdza, że w układzie termodynamicznie izolowanym istnieje funkcja stanu zwana entropią 
, której zmiana 
 w procesie adiabatycznym spełnia nierówność 
, przy czym równość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy proces jest odwracalny.

W uproszczeniu można to wyrazić też tak:

W układzie termodynamicznie izolowanym w dowolnym procesie entropia nigdy nie maleje

2. Zestaw doświadczalny: kalorymetr, termometr, naczynie, woda, lód, waga, bibułka.

Budowa kalorymetru:

1. 
   termometr

2. mieszadło

3. podpórki izolujące termicznie

4. pokrywka

5. naczynie wewnętrzne

6. naczynie zewnętrzne

Kalorymetr służy do pomiarów ilości ciepła. Składa się on z dwóch naczyń aluminiowych, większego i mniejszego. Na dnie naczynia większego, zwanego płaszczem kalorymetru, spoczywa drewniany krzyżak, na którym jest ustawione naczynie mniejsze - właściwy kalorymetr. Kalorymetr ma aluminiową pokrywę. Na środku tej pokrywy jest wytłoczona szyjka do której wkładamy termometr. W drugi otwór jest wetknięte mieszadło. Płaszcz kalorymetru przykrywamy tekturową pokrywą przeciętą w pół. Chroni on przed wymianą ciepła ( przez przewodzenie lub promieniowanie) między kalorymetrem a otaczającymi go przedmiotami. Termometr używany do pomiarów kalorymetrycznych powinien mieć działkę elementarną 0,1C. Ciepło dostarczone cieczy, znajdującej się w kalorymetrze, powinno być równomiernie rozprowadzone w całej jej masie, a rozprowadzamy je mieszadłem. Ilość ciepła doprowadzoną do danej substancji ocenia się według zmiany temperatury.

3. Metoda pomiaru

Celem tego ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła topnienia lodu używając kalorymetru i opierając się o zasadę zachowania energii. Ciepło Q₁ potrzebne do stopienia lodu wynosi:

gdzie:

m₁ - masa lodu,

λ - ciepło topnienia lodu.

Woda powstała z lodu pobiera od układu ciepło Q₂, równe:

gdzie:

c_w - ciepło właściwe wody,

T_k - temp. końcowa układu,

T₀ - temp. początkowa wody powstałej z lodu

Po wrzuceniu kostki lodu do kalorymetru z wodą, kosztem ciepła oddanego przez wodę i kalorymetr, lód ulegnie całkowitemu stopnieniu, a woda powstała z lodu ogrzeje się od temperatury topnienia T₀ do temperatury końcowej T₂. Przyjmując następujące oznaczenia:

m_k - masa kalorymetru

c_k - ciepło właściwe kalorymetru

m_w - masa wody w kalorymetrze

c_w - ciepło właściwe wody

T₁ - temperatura wody

m_l - masa lodu, który wprowadzamy do kalorymetru

T₀ - temperatura topnienia lodu [J / kg · K]

T₂ - temperatura końcowa

możemy zapisać zasadę bilansu cieplnego dla zachodzącego procesu, a następnie z tego bilansu wyznaczyć ciepło topnienia lodu, które wyrazi się wzorem:

(m_k · c_k + m_w · c_w) · (T₁ - T₂)

l = ------------------------------- - c_w · (T₂ - T₀)

m_l

Wykonanie ćwiczenia

1. Pobrać od prowadzącego zajęcia: kalorymetr, termometr i odważniki.

2. Zważyć wewnętrzne naczynie kalorymetru z mieszadełkiem (mk).

3. Napełnić naczynie wewnętrzne do połowy wodą o temperaturze zbliżonej do temperatury

otoczenia i zważyć. Masa wody jest równa: mw = mk+w - mk .

4. Naczynie wewnętrzne z wodą wstawić do naczynia zewnętrznego, zamknąć przykrywką

z termometrem i okresowo mieszając, przez kilka minut obserwować temperaturę zapisując jej wartość co minutę.

5. W międzyczasie wyjąć z zamrażarki 2 kostki lodu, położyć je na bibułę i odczekać aż lód

zacznie się topić (bibuła wilgotna). Przyjmujemy, że temperatura lodu jest wówczas równa

temperaturze topnienia w warunkach normalnych (To = 273,15 K).

6.Osuszyć lód za pomocą bibuły, wrzucić go do kalorymetru z wodą i przykryć zarówno naczynie wewnętrzne jak i zewnętrzne.

7.Nadal okresowo mieszając notować temperaturę wody co 30s aż do jej wzrostu. Za temperaturę początkową Tp należy przyjąć temperaturę wody tuż przed wrzuceniem lodu, a za temperaturę końcową Tk jej najmniejszą wartość po wrzuceniu lodu.

8. Ponownie zważyć naczynie wewnętrzne kalorymetru. Masa wrzuconego lodu jest równa: m = mk+w+l

9. Pomiary powtórzyć.

10. Obliczyć ciepło topnienia lodu l według wzoru (podany powyżej).

Ciepło właściwe kalorymetru: ck = 896 J/(kg·K)

Ciepło właściwe wody: cw = 4182 J/(kg·K)

4. Tabele z wartościami wielkości mierzonych

mk [kg]	ck [J/kg·K]	mw [kg]	cw [J/kg·K]	T0 [K]	T1 [K]	T2 [K]	ΔT [K]	ml [kg]

t [s]	T [K]

Obliczenia(wzór)

l=

---