PRACOWNIA FIZYCZNA U. ŚL.
nr ćwiczenia:	temat :		Wyznaczanie ciepła topnienia lodu.
32
imię i nazwisko :		Zocha
rok studiów :		II		kierunek :	WT-Z	Ocena:
grupa :		1		data wykonania ćwiczenia :			15.10.2007

Część teoretyczna

Kalorymetr przyrząd do pomiaru ilości ciepła wytworzonego lub pochłoniętego podczasprocesu fiz. lub chem. Stosowany do wyznaczania ciepła właściwego, ciepła topnienia.
Stan skupienia ciała i warunki zewnętrzne mają wpływ na wartość ciepła właściwego.

Zmiana warunków w otoczeniu ciała może prowadzić do tzw. przejść fazowych, czyli do zmiany stanu skupienia ciała.

Z punktu widzenia teorii kinetyczno-molekularnej, ciało stałe jest zbiorem atomów (jonów, cząsteczek), wykazujących maksymalny stopień uporządkowania geometrycznego.

Atomy są rozmieszczone w sieci krystalicznej o określonej symetrii.Wzrost temperatury powoduje wzrost energii kinetycznej ruchu cieplnego atomów.

Można zatem przez odpowiednie nagrzanie ciała (dostarczenie pewnej ilości ciepła) doprowadzić je do takiej temperatury, w której nie będzie już można mówić ookreślonych położeniach atomów tworzących kryształ.

W temperaturze tej zachodzi zjawisko topnienia, polegające na rozerwaniu struktury krystalicznej i zniweczeniu geometrycznej symetrii uporządkowaniu atomów.

Ilość ciepła Qt potrzebna do stopnienia jednostki masy danego ciała, bez zmiany jego temperatury, nazywa się ciepłem topnienia, a temperatura, w której następuje rozerwanie sieci krystalicznej ciała stałego nosi nazwę temperatury topnienia.

Qt=Q/m.; [Qt]=J/kg

Gdzie: Qt- ilość pobranego ciepła, m- masa substancji,

Przy ustalonym ciśnieniu zewnętrznym temperatura topnienia ma stałą wartość. Temperatura topnienia, tj. równowagi wody i lodu, obniża się, gdy zwiększa się ciśnienie wywierane na mieszaninę. Podobnie zachowują się wszystkie ciała, które topiąc się zmniejszają swoją objętość, natomiast przeciwnie te, których topnienie związane jest ze zwiększeniem objętości.

Pomiar ciepła topnienia możemy wykonać za pomocą kalorymetru.

Lód pod ciśnieniem równym normalnemu ciśnieniu atmosferycznemu topi się

w temperaturze 0⁰C.Temperaturę tę nazywamy temperaturą topnienia lodu w warunkach normalnych.

Energia wewnętrzna, U, jedna z funkcji stanu termodynamicznego równa całkowitej energii układu (zwyczajowo nie uwzględnia się w energii wewnętrznej energii kinet. ruchu układu jako całości i energii potencjalnej układu w zewn. polach sił); jest potencjałem termodynamicznym w procesach przebiegających bez zmiany entropii i objętości; zmiany energii wewnętrznej w dowolnym procesie określa I zasada termodynamiki; w fizyce statyst. — średnia wartość sumy energii kinet. poszczególnych cząstek (cząsteczek, atomów) układu i energii ich wzajemnego oddziaływania.

Ciepło, jeden ze sposobów przekazywania energii między układami makroskopowymi, pozostającymi we wzajemnym kontakcie (termodynamiczny układ). Polega na przekazywaniu energii chaotycznego ruchu cząstek w zderzeniach cząstek tworzących te układy, z czym wiąże się zmiana energii wewn. układów; taki proces wymiany energii nazywa się wymianą ciepła., a zmiana energii wewn. układu w tym procesie — ilością ciepła Q. Efektem wymiany ciepła jest zwykle (z wyjątkiem przemian fazowych) zmiana temperatury układów. Jednostką ilości ciepła w układzie SI jest dżul (J).

Ciepło właściwe, pojemność cieplna właściwa, stosunek pojemności cieplnej substancji do jej masy; rozróżnia się ciepło właściwe w stałej objętości i pod stałym ciśnieniem; ciepło właściwe jest ważnym parametrem określającym właściwości danej substancji; jednostką w układzie SI jest J/(kg ^. K).

Temperatura [łac.], skalarna wielkość fiz., jeden z parametrów określających stan układu termodynamicznego (stanu równanie); dla układów pozostających ze sobą w równowadze termodynamicznej temperatura przyjmuje tę samą wartość (zerowa zasada termodynamiki; termodynamiki zasady); jeżeli układy będące w kontakcie termicznym mają różne temperatury, to układ o temperaturze wyższej przekazuje energię układowi o temperaturze niższej (następuje wyrównanie temperatur); stanowi to podstawę termometrii (termometr), w której miarą temperatury ciała jest zmiana właściwości ciała wzorcowego (tzw. właściwości termometrycznej) znajdującego się w kontakcie termicznym z ciałem badanym; tak określona temperatura jest w termodynamice nazywana temperaturą empiryczną. Wartość temperatury przypisana danemu stanowi układu zależy od wyboru skali temperatury (temperatury skale). W fizyce (termodynamice) statyst. określa się temperaturę (tzw. temperaturę statystyczną ) jako miarę średniej energii kinet. bezładnego ruchu cząsteczek ciała.

Jednostkami temperatury są (w zależności od skali): kelwin, K (układ SI), stopień Celsjusza, °C, stopień Fahrenheita, °F i in. Temperaturę układu można mierzyć metodą stykową, w której czujnik przyrządu pomiarowego jest w kontakcie z badanym układem (np. za pomocą termometru, termoelementu i termistora) lub metodą bezstykową (za pomocą pirometru, radiometru).

Zmiany energii wewnętrznej w dowolnym procesie określa 1 zasada termodynamiki, która mówi, że zmiana enegii wewnętrznej ciała lub układu ciał jest równa sumie wykonanej pracy oraz ciepła wymienionego z otaczającymi ciałami.Ilością ciepła nazywamy tę część energii wewnętrznej, która zostaje wymieniona między ciałami

o różnych temperaturach. Q=∆U

Pomiary i obliczenia

1. Zasada pomiaru.

--zwarzyć suche naczynie kalorymetru wraz z przykrywką i mieszadełkiem (m1)

--nalać wodę ok. 308K do kalorymetru i ponownie zwarzyć (m2)

--złożyć kalorymetr i po chwili zmierzyć temp. (t1)

--osuszyć kawałek lodu i wrzucić do kalorymertu

--mieszając mieszadełkiem zmierzyć temp. wody po stopieniu lodu (t3)

--zwarzyć kalorymetr wraz z przykrywką i mieszadełkiem (m3) i obliczyć masę lodu (wody powstałej po roztopieniu lodu)

2. Pomiary i wyniki.

1 pomiar 2 pomiar

masa kalorymetru m1=0,0904kg m1=0,0904kg

masa wody+kalorymetr m2= 0,2463kg m2=0,2444kg

temperatura wody t1=307K t1=305K

temp. po rozpuszczeniu lodu t3=300K t3=301K

masa wody z rozp.lodem m3=0,2512kg m3=0,2495kg

Obliczenia.

Masa wody m_wody1= m2-m1=0,1559kg m_wody2=m2-m1=0,1540kg

Masa lodu m_lodu1=m3-m2=0,0049kg m_lodu2=m3-m2=0,0051kg

Wzór na ciepło topnienia lodu:

[c_{wł.kalor. *} m1+ m_{wody *} c_wł.wody - m_{lodu *} c_wł.wody ] _* (t1-t3) J

L=
m_lodu kg

gdzie : ciepło właściwe kalorymetru (896J/kgK)

ciepło właściwe wody (4186J/kgK)

ciepło topnienia lodu -tablicowe (334000 J/kg)

1.Pomiar

(896 _* 0,0904 + 0,1559 _* 4186 - 0,0049 _* 4186 ) _* (307-300)

L=
0,0049

L=1018692 J/kg

Błąd pomiaru:

błąd bezwzględny ; ε = d_s - x ; ε _Lodu = 334000 - 1018692 = ± 684692

błąd względny ; δ =
; δ _Lodu = ± 684692/334000=2,05

błąd procentowy ; δ_P = δ * 100 % ; δ_{P Lodu} = 2,05 * 100 % ≈ 205%

2.Pomiar

(896 _* 0,0904 + 0,1540 _* 4186 - 0,0051 _* 4186 ) _* (305-301)

L=
0,0051

L=552387 J/kg

Błąd pomiaru:

błąd bezwzględny ; ε = d_s - x ; ε _Lodu = 334000 - 552387 = ± 218387

błąd względny ; δ =
; δ _Lodu = ± 218387/334000=0,654

błąd procentowy ; δ_P = δ * 100 % ; δ_{P Lodu} = 0,654 * 100 % ≈ 65,4%

---