SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM FIZYKI
Imię i nazwisko: Jarosław Mucha	Wydział: Nawigacyjny			Kierunek: Transport Morski
Tytuł ćwiczenia: ćw. nr. 7 Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych i cieczy		Grupa laboratoryjna: XII	Data wykonania: 12.01.2001		Data oddania: 19.01.2001

Ilość ciepła Q potrzebna do podwyższenia temperatury masy m danej substancji lub do wywołania w niej innych zmian jest proporcjonalna do tej masy oraz do przyrostu temperatury ΔT:

Q = c m ΔT

gdzie:

c - współczynnik proporcjonalności zwany ciepłem właściwym

Pojemność ciepna K jest to stosunek ilości ciepła Q dostarczonej ciału, do przyrostu temperatury ΔT, jaki ona wywoła:

K = ΔQ / ΔT = c m [J / deg]

(wzór 1)

• Liczbowo K jest równe ilości ciepła potrzebnego do ogrzania danej masy ciała o 1 deg

• Pojemność cieplną odniesioną do jednostki masy substancji nazywa się ciepłem właściwym:

c = Q / mΔT [J / kg٠deg]

Liczbowo ciepło właściwe jest równe ilości ciepła potrzebnego do ogrzania 1 kg danego ciała o 1 deg. Wzór ten określa średnie ciepło właściwe w przedziale tempera-tur ΔT. W większym zakresie temperatur ciepło właściwe jest funkcją temperatury. Zależy też ono od stanu skupienia materii, np. woda ma ciepło właściwe dwukrotnie większe niż lód, zaś żelaza oraz niklu wykazuje zmiany wartości w okolicy przejścia z jednej postaci alotropowej w drugą.

- Ciepło właściwe zależy od warunków, w jakich ogrzewa się dane ciało. Przeprowadzony pomiar ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu daje wynik większy od ciepła właściwego mierzonego przy stałej objętości. Różnica ta jest niewielka dla ciał stałych i cieczy, ale dla gazów, których współczynnik rozszerzalności jest większy, odgrywa ona istotną rolę.

- Ciepło właściwe ciała stałego czy cieczy mierzy się najczęściej za pomocą kalorymetru. Aby zmniejszyć do minimum wymianę ciepła naczynia wewnętrznego z otoczeniem, jest ono izolowane od naczynia zewnętrznego. Natomiast aby zmniejszyć straty przez promieniowanie, powierzchnie obu naczyń są wypolerowane oraz niklo-wane. Przy układaniu bilansu cieplnego zakłada się, że kalorymetr jest idealnie izolo-wany od otoczenia, to znaczy, że nie ma żadnej wymiany ciepła między nim i otoczeniem. W rzeczywistości jednak taka wymiana ciepła odbywa się cały czas wykonywania pomiaru.

Zadanie 8A. Wyznaczanie równoważnika wodnego kalorymetr

Ze względu na to, że kalorymetr składa się z różnych substancji (naczynie alu-miniowe, korek gumowy, termometr szkalany), nie można pojemności cieplnej wyliczyć ze wzoru 1, lecz wyznacza się ją doświadczalnie.

Równoważnikiem wodnym kalorymetru W nazywa się taką masę wody, która po ogrzaniu o 1 deg pobierze tyle samo ciepła, co kalorymetr ogrzany o 1 deg. Pojemność cieplna tej wody równa się więc pojemności cieplnej kalorymetru:

m_w٠c_w = m_k٠c_k,

a więc masa wody mw = W = (m_k٠c_k) / c_w [kg]

W celu wyznaczenia równoważnika wodnego W do kalorymetru o masie m_k, w którym znajduje się woda o masie m₁, wlewa się podgrzaną wodę o masie m₂ i temperaturze T₂. Temperaturę początkową kalorymetru z wodą oznacza się przez T₁, a temperaturę końcową układu - przez T₃.

Ciepło oddane przez wlaną wodę jest równe:

Q₁ = m₂c_w(T₂ - T₃)

Ciepło pobrane przez kalorymetr z wodą wynosi:

Q₂ = (m₁c_w + m_kc_k)(T₃ - T₁)

Ponieważ Q₁ = Q₂,

więc:

m₂c_w (T₂ - T₃) = (m₁c_w + m_kc_k)(T₃ - T₁),

stąd:

W = [m₂(T₂ - T₃)] / (T₃ - T₁) - m₁.

DANE:

m_k = 0,191 kg T₁ = 19^oC = 292^oK

m₁ = 0,115 kg T₂ = 90^oC = 363^oK

m_k + m₁ = 0,306 kg T₃ = 56^oC = 329^oK

m₂ = 0,152

W = 0,02468 kg

Zadanie 8B. Wyznaczyć ciepło właściwe ciała stałego

Ciało o masie m ogrzewa się do temperatury T₁. Następnie zanurza się je w wodzie o masie m₂, która jest w kalorymetrze. Oznacza się początkową temperaturę kalorymetru z wodą przez T₂. Po wyrównaniu temperatur należy odczytać temperaturę końcową T₃ i z bilansu cieplnego znaleźć ciepło właściwe badanego ciała:

- ciepło oddane przez badane ciało:

Q₁ = m٠c (T₁ - T₃)

- ciepło pobrane przez kalorymetr z wodą:

Q₂ = c_w (m_w + W)(T₃ - T₂)

stąd:

c = [c_w(m_w + W)(T₃ - T₂)] / [m(T₁ - T₃)]

DANE:

m = 0,175 [kg] T₁ = 97^oC = 370^oK

m_w = 0,071 [kg] T₂ = 21^oC = 294^oK

c_w = 4181,1023 [J/kg deg] T₃ = 31^oC = 304^oK

c = 346,35 [J/kg٠K]

---