Temat: Wyznaczanie ciepła skraplania.

1 Wstęp teoretyczny

W zależności od warunków zewnętrznych (ciśnienia, temperatury) dane ciało może się znajdować w jednym z trzech stanów skupienia: stałym, ciekłym lub gazowym. Do zmian stanu skupienia ciała zalicza się następujące procesy przejścia:

- od stanu stałego w ciekły - topnienie i proces odwrotny krzepnięcie

- od stanu ciekłego w stan gazowy - parowanie i proces odwrotny skraplanie

- bezpośredniego od stanu stałego w stan gazowy - sublimacja i proc. odwrotny sublimacja

Wszystkie te procesy noszą wspólną nawę przemian fazowych pierwszego rodzaju. Każdej przemianie fazowej towarzyszy pobranie lub oddanie pewnej ilości ciepła podczas trwania procesu. Ciepło to zależne jest od masy m ciała biorącego udział w danej przemianie i wyraża się wzorem:

Współczynnik q zależy od rodzaju ciała i rodzaju przemiany; ogólnie nazywa się ciepłem przemiany.

Przy skraplaniu pary, czyli zamianie jej w ciecz o tej samej temperaturze, następuje proces oddawania ciepła. Ilość ciepła oddana otoczeniu przez 1 kg pary przy zamianie w ciecz o tej samej temperaturze nazywa się ciepłem skraplania. Jest ono równe ciepłu parowania w tej samej temperaturze.

2 Ćwiczenie 1

Wyznaczanie ciepła skraplania pary wodnej w temperaturze wrzenia.

Użyte przyrządy

- menzurka z wodą destylowaną

- kalorymetr z mieszadłem

- grzejnik elektryczny

- dwa termometry kl. 1^oC

Rysunek poglądowy

Ćwiczenie 1 polegało na wyznaczeniu na wyznaczeniu ciepła skraplania za pomocą kalorymetru stosując zasadę bilansu cieplnego. W ty celu wyznaczono masę kalorymetru m_k. Wlano do niego wodę o masie m_w i temperaturze T₁. W tym czasie podgrzewano kolbę z wodą destylowaną do temperatury wrzenia T_s. Powstałą parę (gdy przestanie się skraplać) za pomocą wężyka skierowano do kalorymetru. Po pewnym czasie przerwano dopływ pary i wyznaczono końcową temperaturę wody T₂ i masę skroplonej pary m_p w kalorymetrze.

Ciepło pobrane Q_p przez kalorymetr wynosi:

Ciepło oddane Q₀ przez parę będzie sumą ciepła skraplania Q₁= q_s*m_p oraz ciepła, które oddała woda powstała z tej pary przy ochłodzeniu do temperatury układu.

gdzie :

q_s - ciepło skraplania

T_s - temperatura skraplania (wrzenia)

m_p- masa pary

Porównując ciepło pobrane z ciepłem oddanym otrzymuje się:

c_k - 900 [J/kg*C]

c_w - 4150 [J/kg*C]

m_k - 81,2*10^-3 [kg]

Zestawienie wyników

mw	mp	T1	T2	qs*10^6	Δqs*10^6
[kg]	[kg]	[K]	[K]	[J/kg]	[J/kg]
237,1	8,4	285	305	2,2	0,57
205,3	9,5	285	309	1,7	0,62
200,5	9,5	285	309	1,6	0,63
202,1	8,3	285	307	1,9	0,55
239,6	8,9	285	304	2,1	0,47
190,6	6,7	285	303	2,3	0,62
206,3	8,9	285	307	1,8	0,59
256	8,9	285	303	2,2	0,53

q_śr ≈ 2*10⁶ [J/kg]

- niepewność pomiarową Δq_s obliczono ze wzorów:

Δm = 1*10^-3 [kg]

Δm = 1*10^-3 [kg]

Δm = 1*10^-3 [kg]

ΔT₁ = 1 [K]

ΔT₂ = 1 [K]

4 Wnioski i spostrzeżenia.

Na wynik wykonywanego ćwiczenia niekorzystny wpływ miął brak izolacji cieplnej na wężyku doprowadzającym parę. Powodowało to skraplanie się pary, co obniżyło dokładność pomiarów. .

---