LABORATORIUM FIZYCZNE |
|
WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH |
|
PAWEŁ KOWALSKI IWONA MAJ |
PLUTON II |
05.03.2003 |
Ocena: |
1.Wstęp teoretyczny.
cel ćwiczenia: wyznaczenie metodą kalorymetryczną ciepła właściwego ołowiu (ciała stałego).
Podstawa do wykonania ćwiczenia
Doświadczenie przeprowadza się w oparciu o bilans cieplny, zgodnie z którym temperatura dwóch zetkniętych ze sobą ciał o rożnych temperaturach początkowych po pewnym czasie wyrówna się. Zjawisko to zachodzi zgodnie z zasadą zachowania energii.
opis ćwiczenia
Wyznaczenie ciepła właściwego za pomocą kalorymetru sprowadza się do wyznaczenia wzrostu temperatury cieczy w kalorymetrze (w naszym doświadczeniu wody) , po wprowadzeniu do niej ciała badanego, czyli ołowiu, podgrzewanego uprzednio do temperatury .
Przebieg doświadczenia
Rozgrzany w ultratermostacie ołów (do znanej temperatury) wrzucamy do kalorymetru z cieczą, której masę i temperaturę również znamy. Następnie badamy zmianę temperatury.
potrzebne definicje:
ciepło- rodzaj energii która samorzutnie przechodzi od ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej aż do wyrównania temperatur.
Ciepło właściwe - ilość ciepła potrzebna do podniesienia temp. ciała o masie m=1kg o 1K.
Bilans cieplny - proces w którym temp. dwóch zetkniętych ze sobą ciał o różnych temp. po pewnym czasie wyrówna się. Dzieje się tak z powodu zasady zachowania energii.
Zasada zachowania energii - jeżeli układ ciał przekazujących sobie energię jest wyizolowany, to energia jaką dane ciało traci jest równa sumie energii pobranych przez inne ciała tego układu. Q=ΣQi
2.Wyniki pomiarów:
Masa |
Badane ciało
|
mc[kg] |
0.256 |
|
|
|
Kalorymetr
|
mk[kg] |
0.092 |
|
|
|
Woda
|
mw[kg] |
0.246 |
|
|
Temperatura |
Początkowa ciała |
Tc[K] |
349 |
|
|
|
Początkowa kalorymetru |
Tw[K] |
295.2 |
|
|
|
Końcowa
|
Tk[K] |
297 |
|
|
Ciepło Właściwe |
Wody
|
cw[J/kg*K] |
4200 |
|
|
|
Kalorymetru
|
ck[J/kg*K] |
|
|
|
|
Badanego ciała |
cx[J/kg*K] |
|
|
|
Tabela 1 „Wielkości potrzebne do obliczenia ciepła właściwego.“
Czas
Temperatura |
T1 |
T2 |
T3 |
T4 |
T5 |
T6 |
T7 |
T8 |
T9 |
T10 |
t (0C) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tabela 2 „Przebieg zmian temperatury cieczy w kalorymetrze po wrzuceniu ogrzanego ciała stałego.“
3.Obliczenia.
W naszym doświadczeniu ogrzane ciało umieszczamy w kalorymetrze wypełnionym wodą o niższej temperaturze. Ilość energii oddanej przez to ciało, ochłodzone od temperatury początkowej do temperatury końcowej opisać można wzorem:
Q=cx*mc*(Tc - Tk),
Gdzie:
cx to ciepło właściwe
mc to masa ciała
Tc to temperatura początkowa
Tk to temperatura końcowa
Energię pobraną przez wodę opisać można zgodnie z równaniem: Q1=cw*mm*(Tk-Tw)
Gdzie:
cw to ciepło właściwe wody
mw to masa wody
Tw to temperatura początkowa kalorymetru
Tk to temperatura końcowa kalorymetru
Energie pobraną przez kalorymetr wraz z mieszadełkiem obliczyć można korzystając z zależności
Q2= ck*mk *(Tk - Tw).
Gdzie:
mk to masa naczynia kalorymetrycznego wraz z mieszadłem,
ck to ciepło właściwe, z którego wykonany jest kalorymetr;.
Aby obliczyć ciepło właściwe ciała stałego korzystamy z bilansu cieplnego ułożonego dla wymiany energii pomiędzy ołowiem ogrzanym do określonej temperatury, a kalorymetrem napełnionym cieczą o niższej temperaturze, stąd otrzymujemy równanie:
Q=Q1+Q2
A zatem:
cx*mc*(Tc-Tk)=cw*mw*(Tk-Tw)+ck*mk*(Tk-Tw)
Z równania tego otrzymamy:
(cw*mw + ck*mk) * (Tk - Tw)
Cx=-------------------------------------
mc * (Tc - Tk)
Ze względu na postać tego wzoru, możemy mierzyć temperaturę zarówno w skali Celsiusza jak i Kelwina.
Podstawiając wartości liczbowe z tabeli nr1 otrzymujemy:
(4200 J/kg*K * 0.224 kg + 902.5 J/kg*K * 0.092 kg)*(297 K - 295.8 K)
Cx=------------------------------------------------------------------------------------------------
0.256 kg*(349 K - 297 K)
Cx=138.312[J/kgK]
Pomiar ciepła właściwego obarczony jest błędem, ponieważ zarówno pomiar masy na wadze elektronicznej, pomiar temperatury jak i wartość ciepła właściwego wody obarczone są błędem.
Stąd błąd w obliczeniu ciepła właściwego ołowiu obliczamy zgodnie ze wzorem:
cw+
mw+
ck+
mk+
mc+
Tc+
Tw+
Tk
.