Politechnika Wrocławska	Jakub Kliszcz
Laboratorium Podstaw Fizyki
Wydział Elektryczny	Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych metodą kalorymetryczną.	23.12.2010

1. ZESTAW PRZYRZĄDÓW.

1. Kalorymetr.

2. Ogrzewacz.

3. Waga.

4. Dwie termopary.

5. Stoper.

6. Badane ciała.

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z techniką pomiarów kalorymetrycznych oraz ocenę ich dokładności. Wyznaczenie ciepła właściwego wybranych ciał stałych.

Mierzeniem ilości ciepła zajmuje się dział nauki o cieple zwany kalorymetrią .Kalorymetria opiera się ona na kilku zasadach które można wyrazić następująco:

1.Ilość ciepła ΔQ₁ oddana przez ciało badane jest równa ilości ciepła ΔQ₂ pobranaj przez jego otoczenie

ΔQ₁=ΔQ₂

2.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.

3.Ilość ciepła ΔQ pobrana bąd* oddana przez ciało jednorodne jest proporcjonalne do jego masy , a przy niewielkich zmianach temperatury - do przyrostu temperatury:

ΔQ=c^.m^.Δt

Aby zastosować zasadę zachowania energii w jakiejkolwiek postaci , należy utworzyć układ izolowany .Rolę takiego urządzenia spełnia kalorymetr.

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

c=ΔQ/(m^.Δt)

Ciepło właściwe ciała stałego wyznaczamy z bilansu cieplnego dla wymiany ciepła między ciałem ogrzanym dla pewnej temperatury , a kalorymetrem napełnionym wodą o niższej temperaturze.

ilość ciepła oddana przez badane ciało

ΔQ=c_x^.m_c(T_c-T_k)

Z analogicznych wzorów wyznacza się ciepło pobrane przez kalorymetr i przez wodę.

ilość ciepła pobrana przez termometr

ΔQ_T=RV(T_c-T_k)

Szukane ciepło właściwe c_x wyznaczamy ze wzoru

c_w-ciepło właściwe wody

m_w- masa wody

T_p- temperatura początkowa wody w kalorymetrze

T_k- temperatura końcowa

T_c- temperatura , do której ogrzewamy ciało

c_k- ciepło właściwe naczynia i mieszadła

m_k- masa naczynie łącznie z mieszadłem

R- objętościowe ciepło właściwe termometru

Kalorymetr wodny:

- Po zważeniu na wadze laboratoryjnej pustego suchego naczynia kalorymetrycznego wraz

z mieszadłem, napełniono 2/3 obj. wodą destylowaną i ponownie zważono.

- Po wstawieniu naczynia do kalorymetru i zanurzeniu termometru, przez ok. 5min odczytywano temperaturę.

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

masa ciała: 1. m_c=29,8^.10^-3 [kg]

2. m_c=18,5^.10^-3 [kg]

ciepło właściwe kalorymetru mosiężnego c_k = (30 ± 5) J/kg·K

masa kalorymetru m_k= (158,5 ± 0,1)10^-3 [kg]

masa naczynia kalorymetrycznego z wodą 1. m_kw=(276,2 ± 0,1)10^-3 [kg]

2. m_kw=(279,0 ± 0,1)10^-3 [kg]

masa wody 1. m_w=111,7·10^-3 [kg]

2. m_w=120,5·10^-3 [kg]

ciepło właściwe wody c_w = (4185 ± 8) J/kg·K

temperatura początkowa 1. T_p = 23ºC (296 ± 0,1) K

2. T_p = 22,5ºC (295,5 ± 0,1) K

temperatura końcowa 1. T_k = (296,3 ± 0,1) K

2.T_k = (297,3 ± 0,1) K

temperatura , do której ogrzewamy ciało 1. T_c = 99,1ºC (372,1 ± 0,1) K

2. T_c = 98,5ºC (371,5 ± 0,1) K

Tabela pomiarowa 1 ciała

Temp. pocz. [ºC]	Temp. w [ºC] co 10 [s]						Temp. w [ºC] co 30 [s]
		10	20	30	40	50	60	90	120	150	180	210	240
20,5	21,5	21,8	22	22,2	22,4	22,5	22,6	22,7	22,8	23,1	23,2	23,3

Tabela pomiarowa 2 ciała

Temp. pocz. [ºC]	Temp.w [ºC] co 10 [s]					Temp.w [ºC] co 30 [s]
		10	20	30	40	50	80	110	140	170	200
22,5	22,6	22,8	23,0	23,2	23,4	23,8	24,0	24,1	24,2	24,3

3.1 Obliczynie ciepło właściwe ciała:

RV=0 ponieważ pomiary były wykonywane termoparą

Dla 1 ciała wynosi:

c_x = ((4185*120,5·10^-3 + 30 *158,5*10^-3 ) (296,3- 296)) / (29,8^.10^-3*( 372,1 -296,3))

c_x = 67,60738 J/kg∙K

Dla 2 ciała wynosi:

c_x = ((4185*111,7·10^-3 + 30 *158,5*10^-3 ) (297,3-295,5)) / (18,5^.10^-3*( 371,5 -297,3))

c_x =619,214 J/kg∙K

3.2 Błąd bezwzględny Δc_x

Błąd bezwzględny obliczamy metodą różniczki zupełnej :

po podstawieniu następnych wartości do poprzednego wzóru uzyskałem wartości Δc_x:

masa wody

1. m_w=111,7·10^-3 [kg]

2. m_w=120,5·10^-3 [kg]

Δc_w = 8 J/kg.K

Δm_w = 0,5 g

Δc_k = 5 J/kg.K

Δm_k = 0,1 g

Δm_c = 0,1 g

Δt_k = 0,1 K

Δt_c = 0,1 K

Dla ciała nr 1

błąd bezwzględny

ostatecznie c_x = (67,607± 571,988) J/kg∙K

błąd względny

Dla ciała nr 2

błąd bezwzględny

ostatecznie c_x = (376,72 ± 1863,146) J/kg.K

błąd względny

%

4. WNIOSKI:

Celem ćwiczenia było zamierzenia ciepła właściwego ciała, pomiary dały wynik dla pierwszego ciała 67,607 J/kg i dla drugiego ciała 376,72 J/kg.K a błąd bezwzględny dał wynik 571,998 J/kg*K w przypadku pierwszego ciała i 1863,146 J/kg*K w przypadku drugiego ciała. Błąd jest większy niż wartość mierzona, a otrzymane wartości błędu względnego (odpowiednio 846,067% i 300,899%) wskazują na źle przeprowadzone pomiary.

2

---