ĆWICZENIE 28

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu

Teoria:

Mierzeniem ilości ciepła zajmuje się dział nauki o cieple, zwany kalorymetrią.

Kalorymetria opiera się na kilku zasadach, które można wyrazić następująco:

–

ilość ciepła

∆

Q

1

oddana przez ciało badane jest równa ilości ciepła

∆

Q

2

pobranej przez

ciała otaczające;

– ilość ciepła pobrana przez ciało podczas ogrzewania jest równa ilości ciepła oddanej

podczas ostygania w tym samym zakresie temperatur jeśli ciało przechodzi w odwrotnym
porządku przez te same stany pośrednie;

–

ilość ciepła

∆

Q oddana bądź pobrana przez ciało jednorodne jest proporcjonalna do jego

masy, a przy niewielkich zmianach temperatury - do przyrostu temperatury

⇒

∆

∆

Q

c m

t

= ⋅ ⋅

.

Ciepłem topnienia nazywamy ilość ciepła potrzebną do zamiany 1 kg ciała stałego o
temperaturze topnienia na ciecz o tej samej temperaturze.

Ilość ciepła Q potrzebna do stopienia masy m ciała o temperaturze topnienia wyraża się
wzorem

m

c

Q

t

⋅

=

,

gdzie c

t

- ciepło topnienia.

Temperatura topnienia T zależy od ciśnienia, przy którym zachodzi przemiana ciała stałego w
ciecz.

Przebieg pomiarów (pomiary powtórzyć 2x):

1. Zważyć na wadze laboratoryjnej puste suche naczynie kalorymetryczne wraz z

mieszadłem.

2. Napełnić go do 2/3 objętości wodą i ponowne zważyć.
3. Zmierzyć temperaturę początkową.
4. Włożyć drobno potłuczony lód (1/4 objętości wody).
5. Odczytać temperaturę końcową.
6. Zważyć naczynie kalorymetryczne.

Ćwiczenie 28

1

Wyniki ważeń zapisać w tabelce

masa naczynia

masa naczynia z woda

masa wody

temperatura początkowa

masa naczynia z wodą+lód

masa lodu

temperatura końcowa

Obliczenia :

Wartości stałe:

-

ciepło właściwe wody C

w

= 4185 J/ kg K;

-

ciepło właściwe kalorymetru: aluminiowego C

K

= 897 J/kg K;

Oznaczenia:
C

X

ciepło topnienia lodu;

m

L

masa lodu;

C

W

ciepło właściwe wody;

m

W

masa wody w kalorymetrze;

C

K

ciepło właściwe kalorymetru;

m

K

masa kalorymetru z mieszadełkiem;

T

W

temperatura początkowa wody w kalorymetrze;

T

K

temperatura końcową układu;

T

T

temperatura topnienia lodu równa 273,15

o

K

Wyznaczenie ciepła topnienia lodu z równania bilansu cieplnego:
Po podstawieniach:

∆

Q

1

=C

x

m

1

;

∆

Q

2

=C

w

m

1

[T

k

-T

t

];

∆

Q

3

=C

w

m

w

[T

w

-T

k

];

∆

Q

4

=C

k

m

k

[T

w

-T

k

];

Otrzymamy:

[

]

[

]

[

]

k

w

k

k

k

w

w

w

t

k

w

x

T

T

m

C

T

T

m

C

T

T

m

C

m

C

−

+

−

=

−

+

1

1

Teraz można wyliczyć ciepło topnienia lodu Cx :

[

][

]

[

]

1

1

m

T

T

m

C

T

T

m

C

m

C

C

t

k

w

k

w

k

k

w

w

x

−

−

−

+

=

Błąd

∆

Cx obliczamy z różniczki zupełnej:

1

1

C

m

m

C

T

T

C

T

T

C

m

m

m

m

C

C

x

k

k

x

w

w

x

k

k

x

w

w

x

x

∆

+

∆

+

∆

+

∆

+

∆

=

∆

∂

∂

∂

∂

∂

∂

∂

∂

∂

∂

Informacja :

Wartość ciepła topnienia podawana w tablicach fizycznych wynosi 340000 J/kg.

Ćwiczenie 28

2