Laboratorium fizyki
Ćwiczenie nr C3. Wyznaczanie ciepła właściwego cieczy łatwopalnych metodą ostygania
Pluton I	Grupa I	Wojciech Klapsa Grzegorz Maliszewski
25 maja 2000	Ocena:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła właściwego cieczy łatwopalnej. Jest to taka ilość ciepła, jaką należy dostarczyć 1kg ciała, aby ogrzać go o 1K. Każde ciało o temperaturze wyższej lub niższej od jego otoczenia będzie dążyło do wyrównania z nim temperatury (zakładamy, że otoczenie jest na tyle duże, iż nie podgrzeje się od gorętszego ciała). Mówimy wówczas, że układ dąży do uzyskania stanu równowagi termodynamicznej.

Prawo ostygania sformułowane przez Newtona mówi, że prędkość ostygania ciała jest proporcjonalna do różnicy temperatur między ciałem ostygającym i otoczeniem (θ), co zapisujemy: dθ / dτ = -a · τ, gdzie a - współczynnik proporcjonalności, który zależy od ciała ostygającego i od otoczenia, nazywany stałą ostygania. Prawo to jest słuszne tylko dla niewielkich różnic temperatur od 10-15K.

Prędkość ostygania jest odwrotnie proporcjonalna do pojemności cieplnej danego ciała, która wyraża się ona iloczynem ciepła właściwego ciała i jego masy: C = c · m. Podstawiając tą zależność do równania prawa ostygania i wykonaniu przekształceń otrzymujemy wzór na ciepło właściwe badanej cieczy: c_c = _c · C_w / _w · m_c, gdzie _c - czas ostygania cieczy od temperatury t₁ do t₂; C_w - pojemność cieplna wzorca, _w - czas ostygania wzorca od t₁ do t₂; m_c - masa cieczy.

W naszym ćwiczeniu zastosowaliśmy prawo ostygania do wyznaczenia ciepła właściwego badanej cieczy. Zmierzyliśmy masę pojemnika na ciecz m_n i pojemnika z badaną cieczą m_nc, obliczyliśmy masę cieczy jako różnicę m_nc - m_n oraz oszacowaliśmy niepewność pomiarów. Wyniki zapisaliśmy w tabeli nr 1. Podgrzaliśmy wzorzec oraz badaną ciecz do temperatury ok. 60^oC . Następnie podczas ostygania mierzyliśmy, co 0,5 minuty temperatury obu cieczy. Wyniki pomiarów wpisywaliśmy do tabeli nr 2. Następnie wykonaliśmy obliczenia i oszacowaliśmy błąd pomiaru.

Tabela nr 1.

masa pustego naczynia mn	64,174 [ g ]	mn	0,001 [ g ]
masa naczynia z cieczą mnc	118,084 [ g ]	mnc	0,001 [ g ]
masa cieczy mc = mnc - mn	53,937 [ g ]	mc	0,002 [ g ]
Niepewność pomiaru temperatury t	0,1^oC	Niepewność pomiaru czasu 		0,5 min

Tabela nr 2.

 [min]	tw	tc	 [min]	tw	tc	 [min]	tw	tc	 [min]	tw	tc
0,5	59,6	60,3	8	56,3	55,5	15,5	53,3	50,9	23	50,6	47,2
1	59,4	60,1	8,5	56,1	55,2	16	53,1	50,7	23,5	50,4	46,9
1,5	59,2	59,8	9	55,9	54,8	16,5	52,9	50,4	24	50,3	46,7
2	59,0	59,5	9,5	55,7	54,5	17	52,7	50,3	24,5	50,1	46,5
2,5	58,8	59,1	10	55,5	54,2	17,5	52,5	50,1	25	50,0	46,3
3	58,5	59,1	10,5	55,2	53,8	18	52,4	49,7	25,5	49,8	46,1
3,5	58,3	58,7	11	55,1	53,5	18,5	52,2	49,5	26	49,6	45,9
4	58,0	58,2	11,5	54,9	53,3	19	52,0	49,1	26,5	49,5	45,8
4,5	57,8	57,8	12	54,7	53,0	19,5	51,8	48,9	27	49,3	45,5
5	57,6	57,5	12,5	54,5	52,7	20	51,7	48,5	27,5	49,2	45,2
5,5	57,4	57,4	13	54,2	52,3	20,5	51,5	48,3	28	49,0	45,0
6	57,2,8	57,1	13,5	54,1	52,1	21	51,3	48,1	28,5	48,8	44,8
6,5	57,0	56,8	14	53,9	51,8	21,5	51,1	47,9	29	48,7	44,6
7	56,7	56,4	14,5	53,7	51,5	22	50,9	47,6	29,5	48,5	44,4
7,5	56,5	56,0	15	53,5	51,2	22,5	50,8	47,4	30	48,4	44,2

Obliczenia i rachunek błędów

Wnioski

Z doświadczenia wynika, że ciecz badana stygnie szybciej od wzorca, a więc wartość jej ciepła właściwego jest większa od ciepła właściwego wzorca i wynosi 2943 + 27 J/kg K. Wynik ten mieści się w granicach normy przewidzianej dla cieczy, a niewielki błąd wynika z niedoskonałości pomiaru temperatury i czasu. Opisana metoda dość dobrze pozwala nam wyznaczyć ciepło właściwe danej cieczy.

3

---