Jakub Drożdż

SPRAWOZDANIE

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu.

Z tematem wykonywanego ćwiczenia związanych jest klika pojęć fizycznych, m.in.:

Ciepło - energia przekazywana przez kontakt termiczny, opisywana wzorem:

Q  =  cmT gdzie; Q – ciepło

c – ciepło właściwe

m – masa ogrzewanego ciała

T – zmiana temperatury

Ciepło właściwe - ilość ciepła jakie musimy dostarczyć, aby ogrzać jednostkową masę substancji

o jeden K (lub jeden ̊C)

Energia wewnętrzna - energia związaną z ruchem i położeniem cząsteczki, jest sumą energii potencjalnej i kinetycznej.

Prawo zachowania energii - jest to praca wykonana nad układem oraz ciepło dostarczone układowi, opisywane wzorem:

U  =  W  +  Q gdzie; U – zmiana energii wew.

W – praca wykonana nad układem

Q – ciepło dostarczone do układu

Bilans cieplny – w układzie izolowanym, w którym nie została wykonana żadna praca, ciepło oddane przez ciało musi zostać pobrane przez inne ciało.

Równanie bilansu cieplnego w wykonywanym ćwiczeniu ma postać:

mk – masa kalorymetru

mw – masa wody

ck - ciepło właściwe kalorymetru

cw - ciepło właściwe wody

qt - ciepło topnienia lodu

W celu wykonania ćwiczenia zważono środkowe naczynie kalorymetru wraz z mieszadełkiem. Masa wyniosła 128,1 g. Następnie naczynie uzupełniono ustana wodą (ok. 500 ml) i ponownie zważono. Po chwili odczytano na termometrze temperaturę początkową. Do kalorymetru wsypano ok. 100 g możliwie jak najdokładniej osuszonego lodu, odczekano aż do momentu ustabilizowania się temperatury i odczytano temperaturę końcową. Zważono ponownie naczynie z wodą oraz roztopionym lodem. Powtórzono próbę 10 razy. Wyniki przedstawione są w poniższej tabelce.

Lp.	mk + mw [g]	Tp [^oC]	Tk [^oC]	mk + mw + ml	ml [g]	mw [g]
1	576,0	23,8	10,6	648,9	72,9	447,9
2	578,2	23,4	9,4	656,5	78,3	450,1
3	563,6	24,8	11,9	631,7	68,1	435,5
4	574,3	23,1	7,9	659,2	84,9	446,2
5	567,7	22,3	7,8	649,4	81,7	439,6
6	549,1	22,5	4,9	646,7	97,6	421,0
7	561,2	25,3	10,4	640,7	79,5	433,1
8	563,0	25,2	10,1	643,0	80,0	434,9
9	549,5	25,0	11,2	620,5	71,0	421,4
10	544,9	25,1	11,0	617,0	72,1	416,8

mk – masa kalorymetru z mieszadłem = 128,1 g

mk  +  mw – masa kalorymetru z mieszadłem + masa wody

Tp – temperatura początkowa

Tk – temperatura końcowa

mk  +  mw  +  ml – masa kalorymetru z mieszadłem + masa wody + masa lodu

Z równania bilansu cieplnego otrzymano wzór na ciepło topnienia lodu:

- masa wody

- ciepło właściwe wody = 4,187 $\frac{J}{\ g \bullet K}$

- masa kalorymetru

- ciepło właściwe kalorymetru = 0,896 $\frac{J}{g \bullet K}$

- masa lodu

- temperatura początkowa

- temperatura końcowa

Lp.	Ciepło topnienia lodu $\frac{\mathbf{J}}{\mathbf{g}}$
1	315,9714
2	318,1243
3	317,3258
4	321,9505
5	314,3800
6	318,0501
7	317,8350
8	323,0754
9	318,3546
10	317,6720

Średnie ciepło topnienia lodu wyniosło 318,2739 $\frac{\mathbf{J}}{\mathbf{g}}$

Niepewności pomiarowe.

Obliczono odchylenie standardowe od średniej ze wzoru:

$$S = \sqrt{\frac{\sum_{}^{}{(x_{i} - x_{sr})}}{n(n - 1)}}$$

Odchylenie standardowe od średniej wyniosło S=0,325381

Otrzymany wynik ciepła topnienia lodu wyniósł 318,2739$\mathbf{\ }\mathbf{\pm}\mathbf{\ }\mathbf{0,32538}\frac{\mathbf{J}}{\mathbf{g}}\mathbf{\ }$= 318273,9$\mathbf{\ \pm \ }\mathbf{325,38}\frac{\mathbf{J}}{\mathbf{\text{kg}}}$

Tablicowe ciepło topnienia lodu wynosi 333700 $\frac{\mathbf{J}}{\mathbf{\text{kg}}}$

Uzyskany wynik nie mieści się w granicy błędu. Błędy w wyniku mogły być spowodowane tym, że układ nie był układem zamkniętym, kalorymetr wymieniał ciepło z otoczeniem, co też zakłóciło wynik. Błędem statystycznym może być na przykład niedokładność w odczytywaniu wyników. Temperatura końcowa w momencie odczytywania mogła nie być ustalona do końca. Duży wpływ na uzyskany wynik ma fakt, że w temperaturze pokojowej bardzo trudno było osuszyć kostki lodu przed wrzuceniem ich do kalorymetru. Topniejąca woda na powierzchni kostek lodu jest głównym powodem błędu. Niedokładne osuszenie kostek lodu spowodowało zaniżenie wyniku.