Ćwiczenie 22- Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych.
1. Wprowadzenie.
Temperatura określa stan cieplny ciała. Przy zetknięciu się dwu ciał stałych o różnych temperaturach następuje przepływ ciepła od ciała cieplejszego (które obniża swą dotychczasową temperaturę) do ciała chłodniejszego (podwyższającego swą temperaturę). Ilość ciepła Q pobranego przy ogrzewaniu ciała od temperatury T1 do T2 zależy od rodzaju ciała i jest proporcjonalna do jego masy m i uzyskanej zminy temperatury.
Q=c.m. dT
Współczynnik proporcjonalności c nazywamy średnim ciepłem właściwym w zakresie temperatur od T1 do T2.
c=Q/(m dT)
Ciepło właściwe jest ilością ciepła potrzebną do ogrzania jednostki masy ciała o jednostkę temperatury, a jego jednostką jest J/(kg K)
2.Wyposażenie:
Sprzęt, którego używaliśsmy w doświadczeniu to:
- kalorymetr, składający się z kalorymetru właściwego i osłony adiabatycznej, izolującej cieplnie ciało od otoczenia
woda i śrut, jako przedmiot badań
termometr rtęciowy
mieszadełko do przyspieszania wymiany temperatur miedzy wodą i śrutem, znajdującym się w kalorymetrze
podstawki nie przewodzące ciepła
grzałka z termostatem do podgrzania wody
przyrządy dodatkowe (suszarka, menzurki, waga laboratoryjna z odważnikami)
3. Wykonanie ćwiczenia:
Na początku wytarowliśmy wagę, nastawiliśmy termostat na 55st.C, aby woda się grzała i wysuszyliśmy śrut, ponieważ wilgotne ciało waży więcej i może to zakłócić dokładność pomiarów. Odważyliśmy na wadze ciało, zgodnie z zaleceniami- ponad 0.250kg, tu 0.300kg śrutu. Wsypaliśmy śrut do szczelnego pojemnika i zanużyliśmy w kąpieli wodnej (55st.C), aby się podgrzał. Zważyliśmy suchy kalorymetr właściwy wraz z mieszadełkiem, jego masa wyniosła mk=0.098kg . Nalaliśmy do kalorymetru zimnej wody, dokładnie 1/3 jego objętości (150ml) i zważyliśmy go. Po odjęciu od masy całości, masy kalorymetru, otrzymaliśmy wagę wody, która wyniosła 0.149kg i nazwaliśmy ją mw. Po ustaleniu się temperatury w termostacie, zanotowaliśmy ją jako t1=55st.C i przyjęliśmy ją jako temperaturę śrutu. Zmierzyliśmy temp. poczatkowa wody w kalorymetrze, t0=21st.C., po czym szybko wsypaliśmy podgrzany śrut do kalorymetru. Zamknęlismy urządzenie i odizlowalismy je cieplnie od otoczenia za pomocą osłon. Po wymieszaniu wody mieszadełkiem najwyższa temp. która się ustaliła wskazana przez termometr wyniosła t=28st.C. Zanotowaliśmy wszystkie wyniki pomiarów i obliczyliśmy ciepło właściwe śrutu ze wzoru:
c=[(mw cw + mk ck) (t-t0)] / m1(t1-t)
Z obliczeń wynikło, że ciepło właściwe naszego ciała wynosi 540,61 J/(kg K).
Wszystkie pomiary powtórzyliśmy. Zmieniła się temp. początkowa wody i kalorymetru i wyniosła t0=23st.C oraz temp. końcowa układu, t=29st.C. W tym wypadku ciepło właściwe ciała wyniosło 481,21 J/(kg K). Średnie ciepło właściwe badanego ciała po tych pomiarach wynosi: 510,91 J/(kg K).
4. Rachunek błędów i uwagi końcowe:
Wartość tablicowa ciepła właściwego ciała wynosi:...............................
Błąd względem wartości tablicowej ciepła właściwego badanego ciała, obliczyliśmy dla jednego z dwu wykonanych pomiarów ciepła właściwego z wzoru:
c=[(mw cw + mk ck)(t-t0)]/m1(t1-t)
i wyniósł on:...................................
Błąd bezwzględny względem wartości tablicowej ciepła właściwego ciała obliczyliśmy na podst. różniczki zupełnej tego wzoru i wyniósł on:.................................
Na dokładność pomiarów wpłynęła dokładność ważenia, dokładność odczytu temperatury oraz przyjęcie temp. wody w termostacie za temperaturę badanego ciała.