"POMIAR CIEPŁA TOPNIENIA LODU "

Część teoretyczna ( opis zjawiska fizycznego ).

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

- ilość ciepła
oddana przez ciało badane jest równa ilości ciepła
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
.

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
, gdzie
- ciepło topnienia.

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

w ciecz.

 Część doświadczalna (pomiary dokonano2x):

 

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.

TABELA 1 (pomiar1)

 

czas[min]	temp.[C]
1	23,5
2	23,5
3	23,6
4	23,5
5	23,45

 

- Po otworzeniu kalorymetru, wsypaniu drobno potłuczonego lodu (1/4 obj.), mieszając wodę odczytywano temperaturę co 1015s.

TABELA 2 (pomiar1)

czas[s]	temp.[C]
15”	18
30”	17
45”	16,1
1'00”	14,8
1'15”	13,3
1'30”	12,6
1'45”	12,2
2'00”	12,1
2'15”	11,95
3'15”	12,15
4'15”	12,6
5'15”	12,8
6'15”	13
7'15”	13,2

 

 

 

 

 

- Zważono naczynie kalorymetryczne.

TABELA 3 (pomiar1)

masa naczynia	130,65g
masa naczynia z woda	192,2g
masa wody	61,55g
masa naczynia z wodą+lód	206,7g
masa lodu	14,5g

 

Sporządzenie wykresu T=f(t):

Pomiar 1 : Pomiar 2 :

 

 

Część obliczeniowa :

Wartości stałe:

Oznaczenia jakie przyjęłyśmy:

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

R objętościowe ciepło właściwe szkła i rtęci

V objętość zanurzonej części termometru

T_W temperatura początkowa wody w kalorymetrze

T_K temperatura końcową układu

T_T temperatura topnienia lodu równa 273.15 K

 Wyznaczenie ciepła topnienia lodu z równania bilansu cieplnego:

Po podstawieniach:

Otrzymałyśmy:

Teraz mogę wyliczyć ciepło topnienia lodu Cx :

 

 

Błąd Cx obliczę z różniczki zupełnej:

 Wartości jakie przyjęłyśmy do obliczeń:

m_L = 0,0145 kg  m_L = 0.000 02 kg

C_W= 4185 J/kg K C_W = 8 J/kg K

m_W = 0,06155 kg m_W = 0.000 02 kg

C_K = 879 J/kg K C_K = 1 J/kg K

m_K = 0,13065 kg m_K = 0.000 01 kg

R = 1 930 000 J/m3 K R = 80 000 J/m3 K

V = 0.000 000 25 m3 V = 0.000 000 02 m3

T_W = 296,5 K T_W = 0.2 K

T_K = 286,2 K T_K = 0.2 K

Tt = 273.15 K

Z obliczeń:

Cx = 320 541.7584 J/kg

Cx = 12 453.92341 J/kg

 Ostatecznie Cx=(320 500 +-12 500) J/kg 

Błąd względny :

Wnioski :

Celem ćwiczenia było zmierzenie ciepła topnienia lodu. Pomiary dały wynik 320500 J/kg. Wartość ciepła topnienia podawana w tablicach fizycznych wynosi 340000 J/kg. Błąd bezwzględny wyniku to 12453 J/kg co jest spora wartością, lecz jako błąd względny daje ostatecznie 3.88 % (myślę, ze jest to nieźle).

Na wykresie topnienia (na papierze milimetrowym) widać, ze charakterystyka jest "zaokrąglona", nie ma tam kątów ostrych (teoretycznie - bez uwzględniania warunków praktycznych pomiaru powinny być ostre). Wynika to z bezwładności cieplnej wszystkich elementów biorących udział praktycznie w wymianie ciepła, wiec : kalorymetr, woda, termometr, mieszadełko kalorymetru, powietrze w kalorymetrze i poza nim, stół na którym stal kalorymetr. Największy wpływ na zaokrąglenie charakterystyki miały czynniki bezpośrednio stykające się z lodem. Pomiar ciepła topnienia lodu był pośredni (nie można zmierzyć tego bezpośrednio - należy wyliczyć ze wzoru). W związku z tym, że wzór był dość rozbudowany i składał się z wielu zmiennych. Na błąd pomiaru wpływało wiele czynników takich jak :

 dokładność pomiaru mas (kalorymetru, kalorymetru z woda, kolorymetru z woda i lodem)

 dokładność pomiaru objętości pojemniczka z rtęcią w termometrze

 dokładność pomiaru temperatury w rożnych chwilach

Spośród tych rożnych przyczyn największy wpływ na błąd miały : dokładność pomiaru temperatury końcowej całego układu i dokładność pomiaru temperatury początkowej wody w kalorymetrze. Generalnie na błędy najbardziej wpłyną pomiar temperatury.

---