POMIAR CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIECZY METODĄ DWÓCH KALORYMETRÓW
Sprawozdanie wykonali:		Zespół:	Rok:	Semestr:	Grupa:
Anton Smoliński, Piotr Pacewicz		23	I	I	IZ-16
Data:	Ocena:		Podpis:
1 XII 2008r

Opis Teoretyczny

Ciepło - w fizyce to jeden z dwóch sposobów, obok pracy, przekazywania energii układowi termodynamicznemu polega na przekazywaniu energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów) w zderzeniach cząstek tworzących te układy; oznacza formę zmian energii, nie zaś jedną z form energii. Dla odróżnienia ciepła jako zjawiska fizycznego od ciepła jako wielkości fizycznej używa się określenia wymiana cieplna lub cieplny przepływ energii na określenie procesu, a ilość ciepła na wielkość fizyczną określającą zmianę energii wywołaną tym zjawiskiem. Ciepło przepływa między ciałami, które nie znajdują się równowadze termicznej, tzn. gdy mają one różne temperatury i wywołuje zwykle zmianę temperatury. Ciała te muszą pozostawać ze sobą w kontakcie termicznym - musi istnieć możliwość przepływu ciepła. W termodynamice klasycznej ciepłem jest zmiana energii wewnętrznej układu nie powodująca wykonania pracy makroskopowej. Zgodnie z I zasadą termodynamiki w układzie zamkniętym ciepło dopływające do układu zmienia energię wewnętrzną lub powoduje wykonie pracy przez układ:

W termodynamice statystycznej zmiana energii układu jest wynikiem oddziaływań cząsteczek biorących udział w danym procesie. Jeżeli ruchy cząsteczek są uporządkowane to z makroskopowego punktu widzenia zmianę energii uznaje się pracę, a gdy nieuporządkowane, to za ciepło (cieplny przepływ energii). Temperatura, w termodynamice tzw. temperatura bezwględna T - wielkość charakteryzująca stan równowagi termodynamicznej, definiowana jako odwrotność pochodnej entropii S względem energii E:

,

W klasycznej fizyce statystycznej T jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek (można wykazać tożsamość obu definicji). Jednostką temperatury w układzie SI jest kelwin (temperaturę bezwzględną w krajach anglosaskich wyraża się czasem w stopniach Rankine'a). Używane na co dzień pojęcie temperatury oznacza temperaturę względną, o zerze zdefiniowanym w sposób arbitralny - w różnych krajach stosuje się różne jednostki, jak stopień Celsjusza ( deg), Fahrenheita (Fahrenheita skala), Réamura. Energia wewnętrzna (oznaczana zwykle jako U lub E_w) - w termodynamice - całkowity zasób energii układu stanowiący sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie. Jest jednym z parametrów (potencjałów termodynamicznych). Według I zasady termodynamiki energia wewnętrzna stanowi jednoznaczną funkcję stanu, którą dla gazu można wyrazić przez dowolne dwa parametry stanu, np. ciśnienie, temperatura, objętość właściwa, entalpia, entropia i inne. Ciepło właściwe - energia termiczna potrzebna do podniesienia temperatury jednej jednostki masy ciała o jedną jednostkę temperatury. W układzie SI ciepło właściwe podaje się w dżulach na kilogram razy kelwin. Ciepło właściwe jest to wielkość, która charakteryzuje każdą substancję pod względem energetycznym. Ciepło właściwe molowe definiuje wzór:

gdzie:

C - molowe ciepło właściwe, (J/mol K)

n - liczność (ilość substancji w molach)

Q - ciepło dostarczane do układu

By odróżnić ciepło właściwe molowe oznacza się je wielką literą C. Posługiwanie się ciepłem właściwym molowym jest wygodne, bo dla wielu substancji ma ono taką samą lub podobną wartość. Przemiana fazowa (przejście fazowe) to taka zmiana układu fizycznego lub chemicznego, której towarzyszy skokowa zmiana parametrów układu, np. ciepła właściwego układu lub jego składowych.

Przykłady:

topnienie i krzepnięcie,

wrzenie, parowanie i skraplanie,

sublimacja i resublimacja.

Bilans cieplny - w termodynamice to równanie opisujące sumę procesów cieplnych określonego układu termodynamicznego. W pewnym sensie kompletny zapis bilansu cieplnego jest równoważny sformułowaniu I zasady termodynamiki dla szczególnego przypadku analizowanego układu.

Bilans cieplny uwzględnia:

sumę ciepła dostarczanego do układu z otoczenia

sumę ciepła, którą układ wydziela na zewnątrz

efekt cieplny procesów zachodzących wewnątrz układu

Zgodnie z I zasadą termodynamiki, różnica energii termicznej dostarczanej i wydzielonej z układu równa się zmianie energii wewnętrznej układu. Gdy w układzie nie zachodzą procesy zmieniające jego energię wewnętrzną lub suma energii tych procesów jest równa 0, ciepło dostarczane do układu musi być równe ciepłu wydzielanemu. Prowadzi to do wniosku, że w układzie zamkniętym, suma procesów cieplnych jaka w nim zachodzi nie może zmienić jego ogólnej energii wewnętrznej.

Cel Doświadczenia

Wyznaczenie ciepła właściwego cieczy za pomocą dwóch kalorymetrów.

Metoda pomiarowa

Dwie spirale z drutu o jednakowym oporze elektrycznym podłączone szeregowo, dzięki czemu, w obu spiralach wydziela się tyle samo ciepła w jednostce czasu. Ta sama ilość ciepła ogrzewa wodę w jednym kalorymetrze właściwego inną ciecz (np. olej silikonowy) w drugim. Wskutek różnicy ciepła właściwego tych cieczy, przyrost temperatury będzie inny. Ciepło właściwe nieznanej cieczy można obliczyć układając bilans cieplny. Zmierzyć należy masy cieczy i kalorymetrów oraz przyrosty temperatur. Z tablic odczytać ciepło właściwe wody i materiału, z którego wykonano kalorymetry.

Zestaw przyrządów

Dwa kalorymetry ze spiralami o jednakowym oporze, dwa termometry o dokładności 0,1^oC (wypożyczyć w pok. 619 pod zastaw legitymacji lub innego dokumentu), źródło prądu zmiennego 9V.

Wyniki pomiarów

Nr	m1 [kg]	m2 [kg]	mk1 [kg]	mk2 [kg]	t1 [^oC]	t2 [^oC]	t1' [^oC]	t2' [^oC]	cx	Δ cx
1	0,291460	0,274330	0,039880	0,039820	21,5	22,1	23	26,2	10952,9674	1907,263724
2	0,272970	0,274330	0,039880	0,039820	23	26,2	24,9	30,4	9432,95381	166,0126589
3	0,275000	0,274320	0,039880	0,039820	24,9	30,4	26,9	34,7	9103,06061	0,142477534
Wartość średnia i jej niepewność									9829,6606	691,1396202

m_k1=39,88±01g -masa tego kalorymetru, w którym jest olej silikonowy,

m_k2 =39,82±01g- masa tego kalorymetru, w którym jest woda,

c_k1=c_k2=c_k= 896 J/kg^.K - ciepło właściwe kalorymetrów (aluminium)

c₂= 4175 ±1 J/kg^.K - ciepło właściwe wody ( w zakresie 25 ^oC -40 ^oC )

Niepewność pomiarowa

+

Wnioski

Uważam doświadczenie za nieudane, gdyż pomimo różnych sposobów przeliczeń i prób nie udało nam się uzyskać sensownych wyników. Błąd mimo iż niewielki w stosunku do wyniku niepokryta różnicy między wartością rzeczywistą, a otrzymaną.

---