POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Instytut Fizyki		Ćwiczenie nr 24 Temat : Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych metodą kalorymetryczną
Wykonał : Łukasz Widera Grupa : Środa godz. 16.00
Wydział : Informatyki i Zarządzania	Rok : 2	Data : 27.01.1998	Ocena :

1. KRÓTKI OPIS

Ciepło właściwe ciała równa się stosunkowi ilości ciepła ΔQ pobranego przez to ciało
w procesie ogrzewania (lub oddanego przy chłodzeniu) do iloczynu jego masy m przez przyrost (spadek) temperatury Δt jaki w tym procesie nastąpił.

Ciepło właściwe ciała stałego wyznaczamy z bilansu cieplnego ułożonego dla wymiany ciepła pomiędzy tym ciałem a wodą naczyniem kalorymetrycznym mieszadłem i termometrem.

Wzory:

C - ciepło właściwe

ΔQ - ilość ciepła pobranego przez ciało w procesie ogrzewania/oddanego przy chłodzeniu

m - masa ciała

Δt - przyrost/spadek temperatury

Ze wzoru wynika jednostka ciepła właściwego w układzie SI

ΔQ₁ - ilość ciepła pobranego przez ciało w procesie ogrzewania/oddanego przy chłodzeniu

ΔQ ₂ - ilość ciepła pobranego przez naczynie kalorymetryczne z mieszadłem

ΔQ₃ - ilość ciepła pobranego przez zanurzoną część termometru

ΔQ_x - ilość ciepła oddanego przez badane ciało w kalorymetrze

Po podstawieniu powyższych składników do równania bilansu (i przekształceniu)

otrzymujemy wzór:

Legenda:

c_x = szukane ciepło właściwe

c _w- ciepło właściwe wody = 4185 J/kgK

c _k- ciepło właściwe naczynia kalorymetrycznego i mieszadła = 384 J/kgK

m_c - masa ciała

m_w - masa wody

m_k - masa naczynia z mieszadłem

R - objętościowe ciepło właściwe termometru = (1,93+-0,08)10⁶ J/m³K

V - objętość zanurzonej części termometru

Z powodu czasochłonności ćwiczenia, pomiaru temperatur dla każdego ciała wykonano jednokrotnie, wobec czego nie można było obliczyć błędu względnego.

2. TABELE WYNIKÓW POMIARÓW

Metal:			Szkło:
Czas [s]	Temperatura [K]		Czas [s]			Temperatura [K]
0	297.0		0			300.0
60	297.0		60			300.0
120	297.0		120			300.0
180	297.0		180			300.0
240	297.0		240			300.0
250	298.0		250			300.0
260	298.0		260			300.5
270	298.5		270			301.0
280	299.0		280			301.5
290	299,5		290			302.0
300	300.0		300			302.0
310	300.0		310			302.0
320	300.0		320			302.0
350	300.0		350			302.0
380	300.0		380			302.0
410	300.0		410			302.0
Wyniki pomiarów masy i objętości
Rodzaj pomiaru		Wartości		jednostki	Wartości		jednostki
Rodzaj pomiaru		Metal			Szkło
Masa ciała		0.05715		kg	0.0335		kg
Masa wody		0.06385		kg
Masa kalorymetru		0.16485		kg
Objętość termometru (zanurzonej części)		0.0000022		m3
Wielkości przyjęte w ćwiczeniu				jednostki
Cw		4185		J/kgK
ck		384		J/kgK
mc		0.00001		Kg
mk		0.00001		Kg
mw		0.00002		Kg
tc =c		0.5		K
tp =p		0.5		K
tk =k		0.5		K
cw		8		J/kgK
ck		1		J/kgK
R		80000		J/m^3K
V		0.0000004		m^3

Ponieważ końce wykresów zależności temperatury od czasu były równoległe do osi czasu, można wprost odczytać wartości temperatur początkowej i końcowej (przecięcie się lini wykresu z osią).

Metal	temperatura [C]	Szkło	Temperatura [C]
Tc	90.3	tc	89.7
Tp	24	tp	27
Tk	27	tk	29

Ciepło właściwe szkła: cx= 329.146 J/kgK

Ciepło właściwe metalu: cx= 277.519 J/kgK

Δc_x/c_x=0.049

składniki wchodzące w skład błędu c_x

(δc_x/δc_w )Δc_w=23.27

(δc_x/δm_w)Δm_w=0.25

(δc_x/δc_k)Δc_k=0.40

(δc_x/δm_k)Δm_k=0.01

(δc_x/δR)ΔR=0.12

(δc_x/δV)ΔV=0.57

(δc_x/δm_c)Δm_c=0.31

(δc_x/δT_c)ΔT_c=1.53

(δc_x/δT_w)ΔT_w=17.65

(δc_x/δT_k)ΔT_k=0.57

4. Wnioski i uwagi

Metoda kalorymetryczna pozwala na wyznaczenie ciepła właściwego z dużą niedokładnością. Ponieważ pomiary wykonano dla każdego ciała tylko raz, nie możliwe było oszacowanie błędu względnego. W błędzie ogólnym nie uwzględnia się wielu czynników wypływających w trakcie pomiarów takie jak wymiana ciepła z otoczeniem w trakcie przenoszenia ciała do kalorymetru , ciepło wyprowadzane przez mieszadełko. W trakcie początkowego pomiaru temperatury następują jej gwałtowne skoki spowodowane procesem mieszania wody w kalorymetrze , tak więc niedokładne mieszanie może mieć spory wpływ na otrzymane wyniki. Ponieważ ręczne mieszanie przez dłuższy okres czasu jest bardzo uciążliwe było by wskazane wyposażenie kalorymetru w laboratorium w mieszadełko magnetyczne lub inny mechaniczny system mieszający. Z rachunku błędów wynika że największą niedokładność wprowadza błąd ciepła właściwego wody , błąd pomiaru jej temperatury , oraz błąd pomiaru temperatury ciała.

---