ŻABICKA AGATA dnia 9.04.2002r.

WTŻ gr.10.

22. WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH.

Celem mojego ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła właściwego ciała stałego.

Ilość ciepła Q pobranego przy ogrzaniu ciała od temperatury T₁ do temperatury T₂ (lub oddanego przy jego stygnięciu od T₂ do T₁) zależy od rodzaju ciała i jest proporcjonalna do jego masy i uzyskanej zmiany temperatury:

, gdzie

c- współczynnik proporcjonalności nazywany średnim ciepłem właściwym w zakresie temperatur odT₁ do T₂.

Wzór definiujący ciepło właściwe otrzymujemy z przekształcenia wzoru na ilość ciepła:

Ciepło właściwe jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednostki masy o jednostkę temperatury.

Jednostką ciepła właściwego jest
.

WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁA STAŁEGO:

Przy wyznaczaniu ciepła właściwego ciała stałego posługujemy się kalorymetrem.

Aby dokonać pomiaru ciepła właściwego c ciała, ogrzewamy go do temperatury t₁ i umieszczamy w kalorymetrze z wodą o temperaturze początkowej t₀. kontakt ciała z wadą powoduje szybką wymianę ciepła, dzięki czemu ustala się wspólna temperatura t wody, kalorymetru i badanego ciała. Ciało oddaje przy tym ilość ciepła Q₁:

Q₁=m₁c(t₁-t)

Woda i kalorymetr pobierają ciepło w ilości Q₂:

Q₂=(m_wc_w+m_kc_k)(t-t₀), gdzie:

m_w- masa wody w kalorymetrze

m_k- masa kalorymetru

c_w i c_k- ciepło właściwe wody i kalorymetru.

Ponieważ układ jest izolowany cieplnie, to:

Q₁=Q₂

Z powyższych trzech wzorów wynika, że szukane ciepło właściwe ciała stałego jest wyrażone wzorem:

-1-

WYKONANIE ĆWICZENIA:

1. Na wadze laboratoryjnej ważę badane ciało- jego masę oznaczam m₁:

POMIAR I POMIAR II

m₁=0,0227kg m₁=0,0255kg

2. Ważę suchy kalorymetr właściwy z mieszadełkiem- m_k:

m_k=0,2200kg

3. Do kalorymetru wlewam wodę (ok.1/3 jego objętości) i ważę go- m₂. następnie obliczam masę wody wlanej do kalorymetru ze wzoru:

m_w=m₂-m_k.

POMIAR I POMIAR II

m₂=0,3278kg m₂=0,3325kg

m_w=0,1078kg m_w=0,1124kg

4. Wsypuję badane ciało do probówki, i umieszczam probówkę w pojemniku z gorącą wodą.

5. Notuję temperaturę t₁ jaka się ustaliła, a następnie mierzę temperaturę wody w kalorymetrze- t₀. Po zmierzeniu temperatury wsypuję ciało do kalorymetru.

POMIAR I POMIAR II

t₁=50,2°C t₁=48,4°C

t₀=20,6°C t₀=17°C

6. Wodę w kalorymetrze mieszam, a następnie mierzę jej temperaturę t, jaka się ustali:

POMIAR I POMIAR II

t=21,6°C t=18,8°C

7. Obliczam ciepło właściwe ciała.

8. Obliczam średnią wartość ciepła właściwego ciała stałego.

OBLICZENIA:

1. Liczę ciepło właściwe ciała z pierwszego pomiaru korzystając ze wzoru:

-2-

2. Liczę ciepło właściwe z drugiego pomiaru:

3. Obliczam średnią wartość ciepła właściwego ciała stałego:

4. RACHUNEK BŁĘDÓW:

Błąd obliczam dla jednego z dwóch pomiarów- dla pomiaru I.

t_x≡t-t₀=1°C

t_y≡t₁-t=28,6°C

W celu uproszczenia zapisów do wzoru wprowadzone zostały oznaczenia i wówczas:

Błąd bezwzględny Δc liczę na podstawie powyższego wzoru metodą różniczki zupełnej.

Zakładamy, że c_w i c_k nie są obarczone błędem.

Wówczas:

gdzie:

Δm₁=Δm_k=Δm, Δm- dokładność ważenia:

Δm=0,0001kg

Δm_w=2Δm=0,0002kg

Δt_x=Δt_y=2Δt=0,2°C

Δc=t_x/(m₁t_y)(c_wΔm_w+c_kΔm_k)+c(Δm₁/m₁+Δt_x/t_x+Δt_y/t_y)

Δc=1°C/(0,0227kg·28,6°C)(4,19·10³J/kg·K·0,002kg+896J/kg·K·0,0001kg)+ +1,29·10³J/kg·K(0,0001kg/0,0227kg+0,2°C/1°C=0,2°c/28,6°C)

Δc=274,005J/kg·K

-3-

Bp=Δc/c·100%=274,005/1,29·10³·100%

Bp=21,24%

WNIOSKI:

Ciepło właściwe ciała stałego nie zgadza się z wartością tablicową. Różnica pochodzi głównie z niedokładności pomiarów. Błąd powstały w obliczeniach może być wynikiem niedokładności przyrządów pomiarowych: wagi i termometru (przy ważeniu badanego ciała, kalorymetru z mieszadełkiem- pustego i z wodą). Na procent błędu mogło również wpłynąć niedokładne określenie wspólnej temperatury wody, kalorymetru i badanego ciała. Tak duży błąd może być również wynikiem nieuwzględnienia udziału ciepła z otoczenia. Błąd pomiaru związany jest również z utratą ciepła ciała stałego podczas przesypywania go do kalorymetru.

-4-

---