NAZWISKO:PIOTROWSKI IMIE:ŁUKASZ KIERUNEK:FIZYKA Z INFORMAYKĄ ROK STUDIÓW: I GRUPA LABORATORYJNA: VI		WYŻSZA SZKOŁA PEDAGOGICZNA W RZESZOWIE I PRACOWNIA FIZYCZNA
				WYKONANO		ODDANO
				DATA	PODPIS	DATA	PODPIS
Ćwiczenie Nr: 50b	Temat: WYZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU

I WSTĘP TEORETYCZNY

Jeśli ciało stałe, krystaliczne ogrzewamy, to temperatura jego początkowo wzrasta, aż do temperatury topnienia t_t. Dalsze ogrzewanie ciała nie powoduje wzrostu jego temperatury, powoduje natomiast jego stopniowe topnienie; dzieje się to aż do chwili, gdy cała masa ciała stałego przejdzie w ciecz. Poczynając od tej chwili obserwujemy wzrost temperatury, tym razem cieczy powstałej ze stopienia ciała stałego. Przebieg zmian temperatury w opisanym procesie ogrzewania przedstawia wykres nr1. Cechuje go tzw. Próg topnienia AB, któremu odpowiada pewna ilość ciepła - zwanego ciepłem topnienia - potrzebnego na przeprowadzenie ciała ze stanu stałego w stan ciekły. Ciepło topnienia q_t odniesione do jednostki masy jest to ilość ciepła potrzebna do stopienia 1g danego ciała stałego o temperaturze topnienia na ciecz o tej samej temperaturze. Ponieważ w czasie topnienia ciała jego temperatura, mimo doprowadzonego doń ciepła, nie wzrasta, przyjęto ciepło topnienia nazywać ciepłem urojonym. Zużyte ono zostaje na wykonanie pracy związanej z rozluźnieniem więzów międzycząsteczkowych i znajduje swój ekwiwalent we wzroście energii potencjalnej cząsteczek, to znaczy we wzroście jego energii wewnętrznej U.

Topnienie metali oraz topnienie lodu jest przykładem opisanego procesu. Ciało ciekłe typu krystalicznego, ogrzane powyżej temperatury topnienia, przy ostyganiu będzie traciło ciepło, wskazując przebieg temperatur odwrotny do przebiegu zaznaczonego na wykresie nr1. Próg topnienia BA będzie tym razem progiem krzepnięcie, z którym związane jest ciepło krzepnięcia q_k wydzielane przez ciało na zewnątrz. Jest rzeczą oczywistą, że ciepło q_k jest równe ciepłu topnienia q_t. Całkowite ciepło Q dostarczone na ogrzanie ciała stałego od temperatury t₁, poprzez próg topnienia, do temperatury t₂ jest sumą trzech składników:

1. Ciepła zużytego na ogrzanie ciała stałego od temperatury t₁ do temperatury topnienia t_2,

2. Ciepła zużytego na zmianę stanu skupienia, bez zmiany temperatury,

3. Ciepła zużytego na ogrzanie powstałej po stopnieniu cieczy od temperatury t_t do temperatury t_2.

Jeśli masę ciała oznaczymy przez m, ciepło właściwe ciała w stanie stałym przez c_s oraz ciepło właściwe w stanie ciekłym przez c_c, to wzór na Q będzie miał postać:

Q= c_s m(t_t- t₁)+m q_t+ c_cm(t₂ -t_t).

Zasada pomiaru ciepła topnienia lodu jest następująca. Określoną masę m₁ lodu topniejącego, a więc o temperaturze t_t =0°C, wrzucamy do wody w kalorymetrze o temperaturze t₁. Następuje wymiana ciepła: lód pobiera ciepło od wody, woda i kalorymetr ciepło oddają - ustala się temperatura końcowa t₂. Na podstawie równania (1) możemy napisać wzór na ciepło pobrane Q_p:

Q_p = m₁q_t + m₁c_w(t₂ - 0).

Pamiętamy, że w tym przypadku składnik pierwszy równania (1) jest równy zeru. Ciepło Q₀ oddane przez wodę o masie m_w i przez kalorymetr i masie m_k wyrażone jest przez równanie (3):

Q₀ =(m_wc_w + m_kc_k)(t₁ - t₂).

Jeśli nieznane jest ciepło właściwe kalorymetru c_k, to do równania (3) zamiast iloczynu m_kc_k wstawiamy pojemność cieplną kalorymetru W. Przez porównanie stronami równań (2) i (3) otrzymujemy wzór na ciepło topnienia lodu:

II PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA

1. Wyznaczam pojemność cieplną kalorymetru.

2. Wyznaczam masę wody w kalorymetrze. W tym celu ważę osuszony pusty kalorymetr, a następnie napełniam go wodą i powtórnie ważę.

3. Wrzucam do kalorymetru osuszony bibułką kawałek lodu i mieszając mieszadełkiem obserwuję temperaturę wody. Wyznaczam minimalną wartość temperatury.

4. Wyznaczam masę lodu. W tym celu ważę kalorymetr wraz z wodą i lodem, oraz korzystam z wyników ważenia w punkcie 2.

5. Układam bilans cieplny i wyznaczam ciepło topnienia lodu.

6. Błąd pomiaru wyznaczam korzystając z metody różniczki zupełnej.

III TABELA WYNIKÓW POMIARÓW

IV OBLICZENIA

Ciepło właściwe wody

c_w=4186 J/kgK

ciepło właściwe kalorymetru

c_k=886 J/kgK

masa wody:

m_w=154 g =0,154kg

masa lodu:

m_l=7,7 g=0,007kg

bilans cieplny:

m_w c_w(t₁-t₂)+m_kc_k(t₁-t₂)= m_lc_t+ c_w t₂

c_t=344368029 J/kg

Obliczam błąd

Δc_t=40183,32 J/kg

c_t=(366664,97 +/- 38867,32) J/kg

V WNIOSKI

Zasadniczy błąd pomiarowy, dominujący w stosunku do innych błędów (np. błędów pomiaru temperatury) związany jest z przedwczesnym topnieniem lodu, zanim zostanie on wrzucony do kalorymetru. Wprowadzenie do kalorymetru lodu z odrobiną nawet wody powstałej na jego powierzchni daje duże błędy w bilansie cieplnym, ze względu na dużą wartość utajonego ciepła topnienia lodu 80cal/g. Z tego powodu niezmiernie ważne dla uzyskania poprawnego wyniku jest staranne osuszenie kawałków lodu przed ich wrzuceniem do kalorymetru. Najlepiej to uczynić za pomocą szybko wchłaniającej, grubej szmatki bawełnianej lub lnianej.

4

---