POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI FILIA W JELENIEJ GÓRZE			SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 21 TEMAT: Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych
Imię i nazwisko: Rafał Bonna			Numer kolejny ćwiczenia: 1	Zaliczenie
Grupa: 3	Wydział: Elektroniki	Rok: pierwszy	Data wykonania ćwiczenia: 25.02.2000

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z techniką pomiarów kalorymetrycznych oraz ocena dokładności tych pomiarów

Wprowadzenie teoretyczne:

Ciepło właściwe c ciała jest to stosunek ilości ciepła
pobranego przez to ciało do iloczynu masy ciała m i przyrostu temperatury

Ciepło właściwe ciała stałego wyznaczamy z bilansu cieplnego ułożonego dla wymiany ciepła między tym ciałem ogrzanym do pewnej temperatury a kalorymetrem napełnionym wodą o niższej temperaturze. Ilość ciepła oddana przez badane ciało o masie
ochłodzone od temperatury początkowej T_c do końcowej T_k, wynosi

przy czym c_x - szukane ciepło właściwe.

Ciepło pobrane przez wodę

przy czym

c_w - ciepło właściwe wody,

m_w - masa wody,

T_w - temperatura początkowa wody w kalorymetrze

T_k - temperatura końcowa

Ciepło pobrane przez naczynie kalorymetryczne oraz przez mieszadło

przy czym

c_k - ciepło właściwe metalu, z którego wykonane jest naczynie kalorymetryczne i mieszadło

m_k - masa naczynia kalorymetrycznego wraz z mieszadłem

W bilansie cieplnym należy również uwzględnić ciepło, które pobiera termometr. Jednostka objętości rtęci pobiera podczas ogrzania o 1stopień taką samą ilość ciepła, co jednostka objętości szkła, czyli

wobec tego

przy czym V - objętość zanurzonej części termometru.

Równanie bilansu cieplnego ma zatem postać:

czyli

Z równania tego otrzymujemy

( Wzór nr 1.)

Tabele pomiarowe

Ciało mosiężne

R		V		Tc	Tw	Tk
				340.15	292.31	294.32	0.01

mk	mk+w	mw	mc		cw	ck			cx
1271	3271	2000	977	0.001	4185	384	8	1	397.86	0.92	3.66

	0	60	120	180	240	300	305	310	315	320	325	330
	292,46	292,47	292,48	292,49	292,50	293,35	293,75	294,05	294,35	294,37	294,38	294,40
	335	340	345	350	355	360	365	370	420	480	540	600
	294,43	294,45	294,46	294,47	294,47	294,47	294,47	294,47	294,47	294,47	294,47	294,47

Ciało aluminiowe

R		V		Tc	Tw	Tk
				338.15	294.35	295.85	0.01

mk	mk+w	mw	mc		cw	ck			cx
1271	3271	2000	309	0.001	4185	384	8	1	1017.11	1.32	13.35

	0	60	120	180	240	300	305	310	315	320	325	330
	294,50	294,50	294,50	294,51	294,51	294,51	294,75	294,95	295,25	295,55	295,75	295,85
	335	340	345	350	355	360	365	370	420	480	540	600
	295,95	295,95	295,96	295,97	295,98	295,99	295,99	295,99	296,00	296,00	296,00	296,00

Dyskusja błędów:

Błąd
wyrażony wzorem 1. obliczony został metodą różniczki zupełnej i przedstawia się następująco:

Oznaczając

poszczególne pochodne cząstkowe można wyrazić następująco:

,
,
,
,

,
,

,

,
,
.

Wyniki obliczeń zostały umieszczone w tabeli.

Wnioski:

Obliczona wartość ciepła właściwego mosiądzu jest równa 397.86
Jest więc bardzo bliska wartości odczytanej z tablic (390). Natomiast wartość ciepła właściwego aluminium równa 1017.11
różni się bardziej od wartości odczytanej z tablic (897). Obliczenia dla mosiądzu sugerują dość dobrą dokładność tej metody na miarę warunków. Natomiast odchylenia wartości dla ciała aluminiowego mogą być spowodowane tym, że nie było to ciało z czystego aluminium.

Ponadto na błędy pomiarów mogły wpłynąć następujące czynniki:

- ochłodzenie się badanego ciała przy jego przenoszeniu z termostatu do kalorymetru,

- trudność w jednoczesnym wychwyceniu czasu i temperatury na odcinku gwałtownego skoku temperatury,

Główna trudnością było przeniesienie w jak najkrótszym czasie badanego ciała z termostatu do kalorymetru. Gdyby udało się ten czas skrócić błędy pomiaru były by mniejsze. Co do drugiego czynnika powstawania błędów - zminimalizować go można by przez zastosowanie komputerowego systemu odczytywania temperatury, który automatycznie po włożeniu ciała do kalorymetru wychwyciłby nagły skok temperatury i rejestrował poszczególne pomiary.

---