SPRAWOZDANIE Z WYKONANIA ĆWICZENIA

Elżbieta Tchorowska

10.01.2013

Prow.: dr T. Ossowski

Rok:2 , Fizyka,

Czwartek, godz. 10:30

Ćwiczenie nr 26,

WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ

STAŁYCH METODĄ KALORYMETRYCZNĄ

1. Przyrządy pomiarowe: Dokładność:

……………… waga…..………………………… ………0,1g……..………..

………………termometr………………………… ………0,1st. C…………..

1. Tabela pomiarowa

Lp.	Ciało	Czas [min]	Temp. [ST. C]	Lp.	Ciało	Czas [min]	Temp. [ST.C]	Lp.	Ciało	Czas [min]	Temp [ST. C]
1.	1	0	27,8	33.	2	0	29,7	65.	3	0	31,6
2.	1	0,5	27,6	34.	2	0,5	29,6	66.	3	0,5	31,4
3.	1	1	27,6	35.	2	1	29,5	67.	3	1	31,2
4.	1	1,5	27,5	36.	2	1,5	29,4	68.	3	1,5	31,2
5.	1	2	27,4	37.	2	2	29,3	69.	3	2	31,0
6.	1	2,5	27,3	38.	2	2,5	29,2	70.	3	2,5	30,9
7.	1	3	27,3	39.	2	3	29,2	71.	3	3	30,8
8.	1	3,5	27,2	40.	2	3,5	29,1	72.	3	3,5	30,7
9.	1	4	27,2	41.	2	4	29,0	73.	3	4	30,7
10.	1	4,5	27,0	42.	2	4,5	28,9	74.	3	4,5	30,6
11.	1	5	27,0	43.	2	5	28,9	75.	3	5	30,5
12.	1	5,5	28,2	44.	2	5,5	32,0	76.	3	5,5	31,1
13.	1	6	29,1	45.	2	6	32,2	77.	3	6	31,3
14.	1	6,5	30,1	46.	2	6,5	32,7	78.	3	6,5	31,3
15.	1	7	30,5	47.	2	7	33,0	79.	3	7	31,3
16.	1	7,5	30,7	48.	2	7,5	33,1	80.	3	7,5	31,2
17.	1	8	30,8	49.	2	8	33,1	81.	3	8	31,2
18.	1	8,5	30,8	50.	2	8,5	33,1	82.	3	8,5	31,1
19.	1	9	30,8	51.	2	9	33,0	83.	3	9	31,0
20.	1	9,5	30,7	52.	2	9,5	32,9	84.	3	9,5	30,9
21.	1	10	30,7	53.	2	10	32,8	85.	3	10	30,8
22.	1	10,5	30,6	54.	2	10,5	32,6	86.	3	10,5	30,7
23.	1	11	30,5	55.	2	11	32,5	87.	3	11	30,7
24	1	11,5	30,4	56.	2	11,5	32,4	88.	3	11,5	30,6
25.	1	12	30,3	57.	2	12	32,3	89.	3	12	30,5
26.	1	12,5	30,2	58.	2	12,5	32,2	90.	3	12,5	30,4
27.	1	13	30,1	59.	2	13	32,1	91.	3	13	30,3
28.	1	13,5	30,1	60.	2	13,5	32,0	92.	3	13,5	30,3
29.	1	14	30,0	61.	2	14	31,9	93.	3	14	30,2
30.	1	14,5	29,9	62.	2	14,5	31,8	94.	3	14,5	30,1
31.	1	15	29,8	63.	2	15	31,7	95.	3	15	30,0
31.	1	15,5	29,8	64.	2	15,5	31,6	96.	3	15,5	29,9

Lp.	Masa ciała[g]	Masa zb. Pustego[g]	Masa zb. Z wodą [g]
1	70,8 (żółty)	126,8	195,1
2	73,1 (brązowy)	126,8	195,1
3	16,8 (szary)	126,8	195,1

Ciśnienie:743mm= 99058,5432Pa

1. Opis teoretyczny:

Ciepło - jedno z pojęć termodynamiki związane ze sposobem przekazywania energii pomiędzy dwoma ciałami. Ciało nie izolowane może oddawać innemu ciału oraz otoczeniu część swojej energii wewnętrznej w sposób bezpośredni bez wykonywania pracy. Ciepło jest sposobem przekazywania energii. Ilość energii przekazywanej w postaci ciepła wyrażamy w dżulach lub kaloriach.

Temperatura -wartość liczbowa parametru termometrycznego danego termometru, gdy znajduje się on w stanie równowagi cieplnej z układem, którego temperatura jest mierzona.

Zasada zachowania energii - zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, pełna zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa ilości ciepła dostarczonego układowi i pracy wykonanej nad układem: U=Q+W.

Bilans cieplny - w termodynamice to równanie opisujące sumę procesów cieplnych określonego układu termodynamicznego.

Bilans cieplny uwzględnia:

- sumę ciepła dostarczanego do układu z otoczenia

- sumę ciepła, którą układ wydziela na zewnątrz

- efekt cieplny procesów zachodzących wewnątrz układu

Kalorymetria - metoda pomiaru ilości ciepła wydzielającego się lub pochłanianego przez badane ciała podczas różnych procesów. Ilość ciepła przekazywanego między badanymi ciałami umieszczonymi w kalorymetrze oblicza się wychodząc z zasady bilansu cieplnego.

Pojemność cieplna - ilość ciepła potrzebna do ogrzania danego ciała o jeden kelwin, równa iloczynowi masy ciała i jego ciepła właściwego.

Ciepło właściwe - jest to stosunek ilości ciepła Q/m (Q - ciepło, m - masa) pobranego przez jednostkę masy układu do zmiany temperatury T wywołanej przez pobranie tego ciepła.

Prawo Dulonga i Petita - prawo, które mówi, że dla pierwiastków w stanie stałym iloczyn względnej masy atomowej pierwiastka i jego ciepła właściwego jest stałą (równą około 25 J/mol*K).

1. Opracowanie wyników:

Temperatura wrzenia wody dla ciśnienia 990,5 hPa wynosi 99,39 st. C.

Równanie bilansu cieplnego:

 

c_wl.ciala * m_ciala * T_ciala = c_wl.wody * m_wody * T_wody + c_wl.kalor * m_kalor * T_kalor

Wyznaczamy c_wl.ciala:

$$c_{\text{wl.ciala}} = \frac{c_{\text{wl.wody}}*m_{\text{wody}}*{T}_{\text{wody}} + c_{\text{wl.kalor}}*m_{\text{kalor}}*{T}_{\text{kalor}}}{m_{\text{ciala}}*{T}_{ciala}}$$

m_wody = 195, 1g − 126, 8g = 68, 3g

T_wody = T_{koncowa kalor.} − T_{poczatkowa kalor.}

T_ciala = T_{poczatkowa ciala} − T_{koncowa kalor.}

Z wykresów (niżej) jesteśmy w stanie obliczyć T_wody i T_ciala.

Wykresy zależności temperatury od czasu:

Ciało 1:

Ciało 2:

Ciało 3:

1. Obliczenia:

1. Dla ciała 1:

m_ciala = 70, 8 * 10⁻³kg

m_wody = 195, 1g − 126, 8g = 68, 3 * 10⁻³kg

T_wody = 31, 33 − 26, 81 = 277, 52K

T_ciala = 99, 39 − 31, 33 = 341, 06K

$$c_{\text{wl.wody}} = 4180\frac{J}{kg*K}$$

$$c_{\text{wl.kalor.}} = 388\frac{J}{kg*K}$$

(przyjęto mosiądz)

$$c_{\text{wl.ciala}} = \frac{c_{\text{wl.wody}}*m_{\text{wody}}*{T}_{\text{wody}} + c_{\text{wl.kalor}}*m_{\text{kalor}}*{T}_{\text{kalor}}}{m_{\text{ciala}}*{T}_{ciala}} = \frac{4180*68,3*10^{- 3}*277,52 + 388*126,8*10^{- 3}*341,06\ J*kg*K}{70,8*10^{- 3}*341,06\ kg*K*kg*K} = \frac{79230,29 + 16779,6J}{24,15} = \frac{3975,56J}{K*kg}$$

1. Dla ciała 2:

m_ciala = 73, 1 * 10⁻³kg

m_wody = 195, 1g − 126, 8g = 68, 3 * 10⁻³kg

T_wody = 33, 69 − 28, 66 = 278, 03K

T_ciala = 99, 39 − 33, 69 = 338, 7K

$$c_{\text{wl.wody}} = 4180\frac{J}{kg*K}$$

$$c_{\text{wl.kalor.}} = 388\frac{J}{kg*K}$$

(przyjęto mosiądz)

$$c_{\text{wl.ciala}} = \frac{c_{\text{wl.wody}}*m_{\text{wody}}*{T}_{\text{wody}} + c_{\text{wl.kalor}}*m_{\text{kalor}}*{T}_{\text{kalor}}}{m_{\text{ciala}}*{T}_{ciala}} = \frac{4180*68,3*10^{- 3}*278,03 + 388*126,8*10^{- 3}*338,7\ J*kg*K}{73,1*10^{- 3}*338,7\ kg*K*kg*K} = \frac{79375,59 + 16663,5J}{24,76} = \frac{3878,8J}{K*kg}$$

1. Dla ciała 3:

m_ciala = 16, 8 * 10⁻³kg

m_wody = 195, 1g − 126, 8g = 68, 3 * 10⁻³kg

T_wody = 31, 67 − 30, 32 = 274, 35K

T_ciala = 99, 39 − 31, 67 = 340, 72K

$$c_{\text{wl.wody}} = 4180\frac{J}{kg*K}$$

$$c_{\text{wl.kalor.}} = 388\frac{J}{kg*K}$$

(przyjęto mosiądz)

$$c_{\text{wl.ciala}} = \frac{c_{\text{wl.wody}}*m_{\text{wody}}*{T}_{\text{wody}} + c_{\text{wl.kalor}}*m_{\text{kalor}}*{T}_{\text{kalor}}}{m_{\text{ciala}}*{T}_{ciala}} = \frac{4180*68,3*10^{- 3}*274,35 + 388*126,8*10^{- 3}*340,72\ J*kg*K}{16,8*10^{- 3}*340,72\ kg*K*kg*K} = \frac{78325,28 + 16762,88J}{5,72} = \frac{16623,8J}{kg*K}$$

1. Ocena błędów

Korzystano ze wzoru:

Wobec tego:

Błąd wynosi:

Nr ciała	Błąd
1.	31,27
2.	15,6
3.	8,4