Arkadiusz Kubik

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki

Rok akademicki 2009/2010

Grupa 4A

Sprawozdanie z laboratorium z przedmiotu Termodynamika

Temat: Pomiar ciepła spalania i wartości opałowej paliw stałych

1. Cel ćwiczenia, budowa stanowiska pomiarowego

Celem ćwiczenia było dokonanie pomiaru ciepła spalania paliwa wzorcowego jakim jest kwas benzoesowy o wzorze C₆H₅COOH. Pomiar wykonano na stanowisku wyposażonym w kalorymetr, do którego wkłada się bombę kalorymetryczną zanurzoną całkowicie w wodzie, urządzenie rejestrujące temperaturę w bombie kalorymetrycznej oraz zestaw mieszadeł.

1. Dane oraz obliczenia niezbędne do wykonania doświadczenia

W bombie kalorymetrycznej zostało spalone paliwo wzorcowe – kwas benzoesowy w formie pastylki z wprasowanym drucikiem oporowym. Parametry przy których wykonano doświadczenie przedstawiają się następująco:

Temperatura paliwa t_p = 4,813 [K]

Masa drutu oporowego m_dp = 0,0080 [g]

m_dk = 0,0033 [g]

Masa paliwa m_p = 1,4921 [g]

Stała kalorymetru S = 12496 [K]

Ciepło spalania drutu oporowego Q_sd = 6698,9 [K]

Liczba minut trwania doświadczenia x = 13 [min]

Temperatury:

T₁ = 4,813 [K]

T₂ = 4,894 [K]

T₃ = 6,794 [K]

T₄ = 7,387 [K]

T₅ = 7,712 [K]

T₆ = 7,901 [K]

T₇ = 7,978 [K]

T₈ = 8,026 [K]

T₉ = 8,059 [K]

T₁₀ = 8,080 [K]

T₁₁ = 8,091 [K]

T₁₂ = 8,097 [K]

T₁₃ = 8,101 [K]

T₁₄ = 8,102 [K]

T₁₅ = 8,103 [K] = T₃ dla obliczeń

T₁₆ = 8,102 [K]

T₁₇ = 8,101 [K]

T₁₈ = 8,100 [K]

T₁₉ = 8,096 [K]

T₂₀ = 8,092 [K] = T₄ dla obliczeń

$$k = 0,5\left( \frac{t_{2} - t_{1}}{5} + \ \frac{t_{3 - t_{4}}}{5} \right) + \left( x - 1 \right)\ \bullet \ \frac{t_{4} - t_{3}}{5}\ \lbrack K\rbrack$$

$$Q_{S} = \frac{S\left( t_{3} - t_{2} - k \right) - Q_{\text{dd}}}{m_{p}}\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack$$

Q_d = Q_dd + Q_dk Q_dk = 0

Q_dd = m_d • Q_sd

m_d = m_dp − m_dk [g]

$$k = 0,5\left( \frac{4,894 - 4,813}{5} + \ \frac{8,092 - 8,103}{5} \right) + \left( 13 - 1 \right)\ \bullet \ \frac{8,092 - 8,103}{5} = - 0,0194\ \left\lbrack K \right\rbrack$$

m_d = 0, 080 − 0, 0033 = 0, 0047 [g]

Q_dd = 0, 0047 • 6698, 9 = 31, 48 [J]

$$Q_{S} = \frac{12496 \bullet \begin{pmatrix} 8,103 - 4,894 \\ + 0,0194 \\ \end{pmatrix} - 31,48}{1,4921} = 27016,02\ \left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack$$

$$Q_{s}^{t} = 26493,37\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack$$

$$\epsilon = \frac{Q_{s} - Q_{s}^{t}}{Q_{s}^{t}} \bullet 100\% = \frac{27016,02 - 26493,37}{26493,37} \bullet 100\% = 1,97\ \%$$

1. Wnioski

Ciepło zmierzone przy pomocy stanowiska badawczego różni się od ciepła spalania zapisanego w tablicy dla kwasu benzoesowego o niecałe 2%. Na błąd ten mogą składać się dwie przyczyny: brak użycia wody destylowanej w bombie kalorymetrycznej oraz niedokładności pomiarów mas, temperatur czy też zaokrągleń wcześniejszych obliczeń.