LABORATORIUM FIZYCZNE
WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH
PAWEŁ KOWALSKI IWONA MAJ	PLUTON II
05.03.2003	Ocena:

1.Wstęp teoretyczny.

1. cel ćwiczenia: wyznaczenie metodą kalorymetryczną ciepła właściwego ołowiu (ciała stałego).

2. 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.

3. 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.

4. 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=ΣQ_i

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=c_x*m_c*(T_c - T_k),

Gdzie:

c_x to ciepło właściwe

m_c to masa ciała

T_c to temperatura początkowa

T_k to temperatura końcowa

Energię pobraną przez wodę opisać można zgodnie z równaniem: Q₁=c_w*m_m*(T_k-T_w)

Gdzie:

c_w to ciepło właściwe wody

m_w to masa wody

T_w to temperatura początkowa kalorymetru

T_k to temperatura końcowa kalorymetru

Energie pobraną przez kalorymetr wraz z mieszadełkiem obliczyć można korzystając z zależności

Q₂= c_k*m_{k *}(T_k - T_w).

Gdzie:

m_k to masa naczynia kalorymetrycznego wraz z mieszadłem,

c_k 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:

c_x*m_c*(T_c-T_k)=c_w*m_w*(T_k-T_w)+c_k*m_k*(T_k-T_w)

Z równania tego otrzymamy:

(c_w*m_w + c_k*m_k) * (T_k - T_w)

C_x=-------------------------------------

m_c * (T_c - T_k)

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)

C_x=------------------------------------------------------------------------------------------------

0.256 kg*(349 K - 297 K)

C_x=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:

c_w+
m_w+
c_k+
m_k+
m_c+
T_c+
T_w+
T_k

.