I Pracownia Fizyczna

Ćwiczenie nr C 1

Temat: Wyznaczanie ciepła topnienia
lodu metodą kalorymetryczną

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr C1

Temat: Wyznaczanie ciepła topnienia
lodu metodą kalorymetryczną

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć i zasad związanych z termodynamiką

• wyznaczenie ciepła topnienia lodu
  

2. Zagadnienia do opracowania:

• 0, I, II, zasada termodynamiki - treść, zastosowanie

• przemiany fazowe - ciepło topnienia

• pojęcie ciepła właściwego i pojemności cieplnej ciał stałych

• formułowanie bilansu cieplnego

• pojemność cieplna kalorymetru

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• kalorymetr z mieszadełkiem

• waga z dokładnością do 0.01 g

• termometr

• stoper

• kostki lodu (o temperaturze 0°C)

• lignina lub wata

4. Przyjęte oznaczenia

- masa kalorymetru w stanie suchym z pokrywą i mieszadłem

- masa kalorymetru z wodą

- masa wody wlanej do kalorymetru

- masa końcowa kalorymetru z wodą i lodem (rozpuszczonym)

- masa lodu

- ciepło topnienia lodu

- ciepło właściwe wody

- ciepło właściwe kalorymetru

- temperatura początkowa kalorymetru z wodą

- temperatura końcowa wody z lodem (rozpuszczonym)

6. Przebieg pomiarów

1. Wyjąć kostki lodu (3-4) z zamrażalnika i umieścić je w kuwecie na około 6 minut, doprowadzając do lekkiego ich topnienia.

2. Zważyć suchy kalorymetr
   , z dokładnością do 0,01g.

3. Napełnić kalorymetr wodą o temperaturze
   , do około połowy objętości.

4. Zważyć kalorymetr z wodą
   , z dokładnością do 0,01g

5. Zamknąć kalorymetr, (aby ograniczyć zjawisko parowania) i zamieszać wodę w kalorymetrze

6. Odczytać temperaturę wody
   i zapisywać wskazania termometru, co około 30 sekund przez 3 minuty.

7. Przygotowane, lekko roztopione kostki lodu (3-4), starannie osuszyć przy pomocy bibuły i włożyć natychmiast do wody w kalorymetrze

8. Zakryć kalorymetr i mierzyć zmieniającą się temperaturę, co 30 sekund, aż do uzyskania ustabilizowanej temperatury, co świadczy o zakończeniu procesu wymiany ciepła w kalorymetrze. (doświadczenie należy prowadzić, aż do paru minut po całkowitym stopieniu lodu).

9. Zważyć kalorymetr z wodą i lodem
   , z dokładnością do 0,01g

10. Wyznaczyć ciepło właściwe topnienia lodu
    

7. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.	Czas pomiaru	Temperatura		Jednostki	Pomiar
1=tpw	0 = 0s
2	1 = 30s
3	2 = 60s
4	3 = 90s
5	4 itd.
6	5
7	6
8=tkw	7
1=tpwl	8
2	9
3	10
4	11
5	12
6	13
…	14
13	20
14	21
15	22
16=tkwl	23


Obliczyć:

• ciepło topnienia lodu

• na podstawie tabeli pomiarów sporządzić wykres zależności temperatury układu od czasu
  . Metodą interpolacji wyznaczyć temperatury t_pw i t_kwl.

8. Rachunek błędu

• podać przyjęte wartości błędów pomiarowych temperatury i masy
  oraz ciepła właściwego
  

• błąd względny i bezwzględny ciepła topnienia lodu Δq obliczamy metodą różniczki zupełnej.

9. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• Porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów.

10. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001.

I Pracownia Fizyczna

Ćwiczenie nr C 2

Temat: Wyznaczanie pojemności cieplnej


(równoważnika wodnego) kalorymetru

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr C2

Temat: Wyznaczanie pojemności cieplnej
(równoważnika wodnego) kalorymetru

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć i zasad związanych z termodynamiką

• wyznaczenie pojemności cieplnej
  kalorymetru

2. Zagadnienia do opracowania:

• 0, I, II, zasada termodynamiki - treść, zastosowanie

• przemiany fazowe - ciepło topnienia

• pojęcie ciepła właściwego i pojemności cieplnej ciał stałych

• formułowanie bilansu cieplnego

• pojemność cieplna kalorymetru

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• kalorymetr z mieszadełkiem

• waga z dokładnością do 0.01 g

• termometr

• stoper

• woda:
  oraz
  

• lignina lub wata

4. Przyjęte oznaczenia





- masa kalorymetru w stanie suchym z pokrywą i mieszadłem


- masa kalorymetru napełnionego wodą podgrzaną


- temperatura początkowa kalorymetru z podgrzaną wodą


- temperatura wody zimnej


- masa końcowa kalorymetru po dolaniu wody zimnej


- masa dolanej wody zimnej


- temperatura końcowa wody w kalorymetrze


- ciepło właściwe wody


- pojemność cieplna kalorymetru aluminiowego




5. Przebieg pomiarów

1. Zważyć wewnętrzne, osuszone, naczynie kalorymetru
   z dokładnością do 0,01g

2. Kalorymetr wypełnić do połowy podgrzaną wodą o temperaturze

około
.

3. Odczytać masę kalorymetru
   , z dokładnością do 0,01g

4. Dokonywać odczytu temperatury
   , co około 30 sekund w ciągu 5 minut

5. Przygotować w osobnym pojemniku wodę o temperaturze około 5
   . Temperaturę
   zanotować.

6. Po ustaleniu się temperatury
   w kalorymetrze dolać mniej niż połowę przygotowanej, ochłodzonej do temperatury około
   ,wody.

7. Zważyć napełniony w 90 % wodą kalorymetr i obliczyć ilość dolanej wody
   ; (z dokładnością do 0,01g)

8. Wymieszać mieszadełkiem obie ciecze.

9. Dokonać odczytu temperatury, co około 30 sekund w ciągu 5 minut i określić temperaturę
   ustaloną po wymieszaniu się wody ciepłej z zimną.

10. Wyznaczyć pojemność cieplną kalorymetru
    

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.	Pojemność cieplna kalorymetru W
	Temperatura		Jednostki	Pomiar
1			[g]
2
3			[g]
4
5			[g]
6
7
8
9
10
1
2
…
9
10


Obliczyć:

• pojemność cieplną kalorymetru
  

• na podstawie tabeli pomiarów sporządzić wykres zależności temperatury układu od czasu
  . Metodą interpolacji wyznaczyć temperatury
  i
  

11. Rachunek błędu

• podać przyjęte wartości błędów pomiarowych temperatury i masy
  oraz ciepła właściwego
  

• błąd względny i bezwzględny pojemności cieplnej kalorymetru
  obliczamy metodą różniczki zupełnej.

12. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• Porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów

13. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001.

I Pracownia Fizyczna

Ćwiczenie nr C 3

Temat: Wyznaczanie ciepła właściwego
ciał stałych Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr C3

Temat: Wyznaczanie ciepła właściwego
ciał stałych

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć i zasad związanych z termodynamiką

• wyznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru

2. Zagadnienia do opracowania:

• 0, I, II, zasada termodynamiki - treść, zastosowanie

• przemiany fazowe - ciepło topnienia

• pojęcie ciepła właściwego i pojemności cieplnej ciał stałych

• formułowanie bilansu cieplnego

• pojemność cieplna kalorymetru

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• Czajnik (2) i pojemnik do podgrzewania ciał stałych (1)

• waga z dokładnością do 0.01 g

• termometr (3), stoper

• ciało stałe w kawałkach (4), (5)




4. Przyjęte oznaczenia





- ciepło właściwe ciała stałego


- ciepło właściwe wody


- ciepło właściwe kalorymetru


- masa ciała stałego


- masa wody


- masa kalorymetru wraz z mieszadełkiem i pokrywką


- temperatura początkowa kalorymetru z wodą


- temperatura ciała stałego 240 sek. po ogrzaniu


- temperatura końcowa wody w kalorymetrze z zanurzonym ciałem


- temperatura wody


-temperatura początkowa wody z ciałem stałym




5. Przebieg pomiarów

1. Zważyć badane ciało
   .

2. Napełnić, do max 1,7 litra, czajnik (2) wodą, którą należy doprowadzić do pierwszych oznak wrzenia. Należy zrobić to z dala od kalorymetru, aby nie zachodziła wymiana ciepła.

3. W czasie, gdy woda jest podgrzewana, zważyć pusty i suchy kalorymetr
   .

4. Wlać do kalorymetru wodę do ½ objętości i zważyć. Obliczyć masę wody
   .

5. Zmierzyć temperaturę wody w kalorymetrze
   . Dokonywać odczytu temperatury, co około 30 sekund w ciągu 5 minut aż do ustalenia się temperatury. Wyniki pomiarów zapisać w kolumnie
   .

6. Po zagotowaniu się wody, umieścić badane ciała stałe w pojemniku (1) i umieścić pojemnik w czajniku (2).

7. Zmierzyć temperaturę wody w pojemniku po 240 sekundach od momentu umieszczenia pojemnika (1) w czajniku. Przyjąć, że temperatura
   ciała stałego w pojemniku jest równa temperaturze wody w pojemniku.

8. Ostrożnie wyjąć badane ciało stałe z gorącej wody, otrząsnąć z wody i zanurzyć w wodzie kalorymetru.

9. Dokonywać odczytu temperatury, co około 30 sekund w ciągu 10 minut (nie zapominając o mieszaniu). Zapisać zmierzone zmiany temperatury w kolumnie
   i temperaturę
   końcową.

7. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.	Czas			Rodzaj ciała stałego
1	0 =
2	30
3	60
4	90
…	…	…
10	270
11	300
11	0 =
12	30
13	60
14	90
15	120
16	150
…	…		…
25	420
26	450
27	480
28	510
29	540 =

Obliczyć:

• ciepło właściwe ciała stałego
  




8. Rachunek błędu

• podać przyjęte wartości błędów pomiarowych temperatury i masy
  oraz ciepła właściwego
  

• 
  błąd względny i bezwzględny ciepła właściwego
  obliczamy metodą różniczki zupełnej

9. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów

10. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001.

I Pracownia Fizyczna

Ćwiczenie nr C 4

Temat: Pomiar ciepła właściwego cieczy

metodą dwóch elektrokalorymetrów

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr C4

Temat: Pomiar ciepła właściwego cieczy metodą dwóch elektrokalorymetrów

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć i zasad związanych z termodynamiką i prądem elektrycznym

• wyznaczenie pojemności cieplnej kalorymetru i ciepła właściwego cieczy

2. Zagadnienia do opracowania:

• 0, I, II, zasada termodynamiki - treść, zastosowanie

• przemiany fazowe - ciepło topnienia

• pojęcie ciepła właściwego i pojemności cieplnej ciał stałych

• formułowanie bilansu cieplnego

• pojemność cieplna kalorymetru

• prąd elektryczny: napięcie U, natężenie I i opór prądu R

• praca W i moc P prądu elektrycznego, prawo Joule'a

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• Zasilacz prądu stałego (1), elektrokalorymetr z mieszadełkiem szt. 2 - (2) i (3)

• waga z dokładnością do 0.1 g

• termometr

• stoper

• dwa rodzaje cieczy




4. Przyjęte oznaczenia





;
- ciepło właściwe wody oraz badanej cieczy


;
- masa suchego kalorymetru pierwszego i drugiego


- masa wody w kalorymetrze I


- masa cieczy w kalorymetrze II


;
- temperatura początkowa i końcowa wody


;
- temperatura początkowa i końcowa cieczy

5. Przebieg pomiarów

1. Zważyć wewnętrzne, osuszone, naczynia kalorymetrów
   oraz
   wraz z mieszadełkiem z dokładnością do 0,1g

2. Jeden z kalorymetrów wypełnić do połowy wodą, a drugi badaną cieczą.

3. Zważyć masę kalorymetrów z wodą
   i cieczą
   , z dokładnością do 0,01g

a) obliczyć


b) obliczyć


4. Po czasie ok. 5 min. zmierzyć
   i cieczy
   

5. Połączyć szeregowo oba kalorymetry.

6. Włączyć prąd do obwodu, aż temperatura wzrośnie o około 10⁰C.

7. Wyłączyć prąd o natężeniu
   , zamieszać mieszadełkiem badane ciecze i odczytać
   oraz
   

8. Zdjąć pokrywy ze spiralami z kalorymetrów i wypłukać spirale wodą

9. Powtórzyć pomiary zamieniając pokrywy ze spiralami tak, aby spirala, która ogrzewała wodę, teraz ogrzewała badaną ciecz.

10. Dla obu pomiarów obliczamy ciepło właściwe badanej cieczy

11. Znajdujemy średnią wartość ciepła właściwego, porównujemy ja z wartością tablicową oraz obliczamy błąd bezwzględny i względny w odniesieniu do wartości tablicowej

6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Rodzaj badanej cieczy: ………………..	Jednostki	Pomiar I	Pomiar II
Masa kalorymetru I, mk1	[kg]
Masa kalorymetru II, mk2	[kg]
Masa kalorymetru I z wodą, mkw	[kg]
Masa kalorymetru II z badaną cieczą, mkc	[kg]
Masa wody mw = mkw - mk1	[kg]
Masa badanej cieczy mc = mkc - mk2	[kg]
Temp. początkowa kal. I z wodą t01
Temp. początkowa kal. II z cieczą t02
Temp. końcowa kal. I z wodą t1
Temp. końcowa kal. I z cieczą t2
Ciepło właściwe kalorymetru ck		900
Ciepło właściwe wody cw		4190
Ciepło właściwe cieczy cc
Średnie ciepło właściwe cieczy
Błąd bezwzględny
Błąd względny Bp	[%]

Obliczyć:

• Dla obu pomiarów, ciepło właściwe badanej cieczy
  




7. Rachunek błędu

• podać przyjęte wartości błędów pomiarowych temperatury i masy
  oraz ciepła właściwego
  

• błąd względny i bezwzględny ciepła właściwego
  cieczy obliczyć metodą różniczki zupełnej

8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

I Pracownia Fizyczna

Ćwiczenie nr C 5

Temat: Wyznaczanie stosunku
dla powietrza metodą Clementa i Desormes'a

Nazwisko ……………………….. Data …………. Kierunek……………….

Imię ……………………………... Dzień tygodnia…............

Godzina ………………..

Ćwiczenie nr C5

Temat: Wyznaczanie stosunku
dla powietrza metodą Clementa i Desormes'a

1. Cel ćwiczenia:

• poznanie podstawowych pojęć związanych z przemianami gazowymi

• wyznaczanie stosunku
  dla powietrza

2. Zagadnienia do opracowania:

• gaz doskonały

• zdefiniować ciepło właściwe gazu

• omówić przemiany gazowe: izotermiczną, adiabatyczną, izobaryczną i izochoryczną

• wyjaśnić zasadę wyznaczania stosunku
  dla powietrza

• omówić zasadę działania manometru cieczowego

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schematy aparatury

• balon szklany (3) z kranem (2), aparat do wypuszczania powietrza z butli (1)

• pompka (5)

• stoper

• manometr cieczowy (4) - napełniać strzykawką




4. Przyjęte oznaczenia





- ciepło właściwe gazu przy stałej objętości


- ciepło właściwe gazu przy stałym ciśnieniu


- wysokość słupa cieczy w lewym ramieniu podczas przemiany izotermicznej


wysokość słupa cieczy w prawym ramieniu podczas przemiany izotermicznej


- różnica poziomu cieczy podczas przemiany izotermicznej


- wysokość słupa cieczy w lewym ramieniu podczas przemiany izochorycznej


wysokość słupa cieczy w prawym ramieniu podczas przemiany izochorycznej


- różnica poziomu cieczy podczas przemiany izochorycznej

5. Przebieg pomiarów

1. Sprawdzić poziom cieczy w manometrze cieczowym ( ewentualnie napełnić strzykawką).

2. Otworzyć kran (położenie a) umożliwiający wyrównanie ciśnienia powietrza w butli szklanej z ciśnieniem atmosferycznym. Poziom cieczy w obu ramionach manometru wyrówna się.

3. Ustawić kran w położeniu b. Zwiększyć ciśnienie w butli szklanej za pomocą pompki, obserwując różnicę wskazań poziomu cieczy na manometrze (przemiana izotermiczna). Przy różnicy wskazań około 30 cm zamknąć kran do położenia c.

4. Odczekać 2 minuty.

5. Odczytać różnicę wskazań poziomu cieczy w manometrze
   .

6. Ustawić urządzenie 1 na 6 sekund.

7. Nie zmieniając położenia zaworu, wcisnąć przycisk w załączonym urządzeniu 1, powodując przepływ powietrza z balonu do atmosfery (przemiana adiabatyczna).

8. Odczekać 2 minuty (przemiana izochoryczna) i odczytać różnicę wskazań na manometrze
   

9. Pomiar powtórzyć 10 razy, zapisując dane w tabeli obserwacji.




6. Tabele pomiarowe i obliczenia

Lp.	Przemiana izotermiczna			Przemiana izochoryczna
1. 2. ...

Obliczyć:

• obliczyć stosunek
  (1)

• udowodnić prawdziwość wartości liczbowych stosunku
  dla gazu jedno, dwu i wieloatomowego.

• wyznaczyć wartość średnią
  wraz ze średnim błędem

• podać definicję wymienionych w instrukcji przemian, wraz z wykresami

7. Rachunek błędu

• uzasadnić wzór (1)

• przyjąć dokładność pomiaru
  

• obliczyć metodą różniczki zupełnej błąd względny i bezwzględny
  dla dowolnego pomiaru.

8. Wnioski i spostrzeżenia

• zapis wyników z błędem wraz z jednostkami w układzie SI

• porównanie otrzymanych wielkości fizycznych z tablicowymi

• dyskusja popełnionych błędów systematycznych i przypadkowych

• propozycje poprawy dokładności pomiarów

9. Literatura

H. Szydłowski, “Pracownia fizyczna wspomagana komputerem”, PWN, Warszawa 2003, wyd.X zmienione.

W. Wegner „Ćwiczenia laboratoryjne fizyka” Akademia Bydgoska 2001

T. Dryński, “Ćwiczenia labolatoryjne z fizyki”, PWN, Warszawa 1976, wyd.5.

A.Bielski, R.Ciuryło, “Podstawy metod opracowania pomiarów”, Wydawnictwo UMK, wyd.II, Toruń 2001

CIEPŁO

2

18













Położenie c




Położenie a

---