POLITECHNIKA WROCŁAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRONIKI	TEMAT : Wyznaczanie ciepła topnienia lodu.
Paweł Krukowski Elektronika i Telekomunikacja	DATA: 14.IV.99 OCENA:

1. Stałe.

Ciepło właściwe wody c_w = ( 4185 ± 8 ) J / kg*K

Pojemność cieplna zbiornika z rtęcią termometru R = ( 1,93 ± 0,08 ) * 10⁶ J / m³*K

Ciepło właściwe kalorymetru c_k = ( 390 ± 1 ) J / kg*K

2. Pomiary.

• masa kalorymetru z mieszadłem - m_k

• masa kalorymetru + mieszadło + woda - m_kw

• masa wody - m_w

• masa kalorymetru + woda + lód - m_kwl

• masa lodu - m_l

	mk [kg]	mkw [kg]	mw [kg]	mkwl [kg]	ml [kg]
Pomiar 1	0,16535	0,27640	0,11105	0,30235	0,02595
Pomiar 2	0,16535	0,27940	0,11405	0,31010	0,03070

• pomiar temperatury wody przed wrzuceniem lodu po czasie :

	S	0	60	120	180	240	300
Pomiar 1	^oC	22,0	21,8	21,8	21,7	21,7	21,7
Pomiar 2	^oC	22,0	21,6	21,6	21,5	21,5	21,5

• pomiar temperatury wody po wrzuceniu lodu po czasie :

	s	15	30	45	60	75	135	210	270	330	390	450
Pom. 1	^oC	16,5	11,0	9,8	8,8	7,1	6,2	5,2	5,0	4,7	4,6	4,6
Pom. 2	^oC	16,5	12,4	9,5	7,6	7,0	5,1	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0

• pomiar objętości wody wypartej przez zanurzony termometr :

pomiar pierwszy V = 2 cm³

pomiar drugi V = 3 cm³

3. Obliczenia (dla pomiaru pierwszego).

Wyznaczenie ciepła topnienia lodu z równania bilansu cieplnego:

- równanie bilansy cieplnego

gdzie: Q₁ - ciepło potrzebne do stopienia lodu

Q₂ - ciepło potrzebne do ogrzania powstałej z lodu wody

Q₃ - ciepło dostarczone przez wodę w naczyniu kalorymetrycznym

Q₄ - ciepło dostarczone przez kalorymetr z mieszadłem

Q₅ - ciepło dostarczone przez zanurzoną część termometru

Po podstawieniach:

Otrzymałem:

Oznaczenia jakie przyjąłem:

c_x ciepło topnienia lodu ?

m₁ masa lodu 0,02595 kg

c_w ciepło właściwe wody 4185 J/kg*K

m_w masa wody w kalorymetrze 0,11105 kg

c_k ciepło właściwe kalorymetru 390 J/kg*K

m_k masa kalorymetru z mieszadełkiem 0,16535 kg

R objętościowe ciepło właściwe szkła i rtęci 1,93 * 10⁶ J/m³*K

V objętość zanurzonej części termometru 0,0000003 m³

T_w temperatura początkowa wody w kalorymetrze 294,85 K

T_k temperatura końcowa układu 277,75 K

T_t temperatura topnienia lodu 273.15 K

Teraz mogę wyliczyć ciepło topnienia lodu c_x :

c_x = 329872 J / kg

Błąd Cx obliczę z różniczki zupełnej:

Wartości jakie przyjąłem do obliczeń:

m1 masa lodu 0,02595 kg cw ciepło właściwe wody 4185 J/kg*K mw masa wody w kalorymetrze 0,11105 kg ck ciepło właściwe kalorymetru 390 J/kg*K mk masa kalorymetru z mieszadełkiem 0,16535 kg R objętościowe ciepło właściwe szkła i rtęci 1,93*10^6J/m^3*K V objętość zanurzonej części termometru 0,0000003 m^3 Tw temperatura początkowa wody w kalorymetrze 294,85 K Tk temperatura końcowa układu 277,75 K Tt temperatura topnienia lodu 273.15 K

ml = 0.00002 kg cw = 8 J/kg*K mw = 0.00002 kg ck = 1 J/kg*K mk = 0.00001 kg R = 80 000 J/m^3*K V = 0.00000002 m^3 Tw = 0,2 K Tk = 0,2 K

Δc_x = 10104 J / kg ; δc_x = 3,1 %

c_x = ( 329872 ± 10104 ) J / kg

4. 
   Charakterystyka (dla pomiaru pierwszego).

5. Wnioski.

Celem ćwiczenia było zmierzenie ciepła topnienia lodu. Pomiary dały wynik 329872 J/kg. Wartość ciepła topnienia podawana w tablicach fizycznych wynosi 340000 J/kg. Błąd bezwzględny wyniku to 10104 J/kg co jest sporą wartością, lecz jako błąd względny daje ostatecznie 3,1 %.

Na wykresie widać, że 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 pomiarem pośrednim (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 różnych chwilach

Spośród tych różnych przyczyn największy wpływ na błąd miał : pomiar temperatury.

Dodatkowo niedokładności mogły być związane z wymianą ciepła miedzy kalorymetrem, a powietrzem (niedokładne odizolowanie wewnętrznego naczynia kalorymetru od zewnętrznego). Pewną wymianę ciepła z otoczeniem dawał także termometr i mieszadełko kalorymetru.

---