PRACOWNIA ZAKŁADU FIZYKI PL

Nazwisko i imię : Czemierowski Krzysztof				Wydział Zarządzania i Podstaw Techniki Gr. 4.7
Data wyk. ćwicz. 27.03.1995	Numer ćwicz. 12.1		Temat ćwiczenia : Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych
Zaliczenie :		Ocena :			Data :	Podpis :

1. Podstawy teoretyczne :

Zespół ciał wymieniających między sobą energię nazywamy układem termodynamicznym.

Temperatura jest wielkością określającą stopień odchylenia stanu termicznego danego ciała od stanu

równowagi termicznej z innym ciałem , którego stan został umownie przyjęty za punkt odniesienia .

Wprowadza się również kinetyczną interpretację temperatury T , korzystając z wyrażenia na średnią energię

kinetyczną cząsteczek gazu doskonałego : _K=kT , gdzie k jest stałą Boltzmana .

Temperatura bezwzględna jest więc miarą średniej energii kinetycznej ruchu postępowego cząsteczek gazu

doskonałego .

Bezpośrednia wymiana energii między bezładnie poruszającymi się cząstkami powoduje wzmożenie się

nieuporządkowanego ruchu cząsteczek , tę formę przekazywania energii nazywamy ciepłem .

Różne ciała , przy jednakowej zmianie temperatury , mogą pobierać lub oddawać różne ilości ciepła ;

mają zatem różną pojemność cieplną C ,zdefiniowaną jako stosunek pobranej lub oddanej ilości ciepła

do zmiany temperatury , która przy tym zachodzi:

Pojemność cieplną jednostki masy ciała nazywamy ciepłem właściwym ciała c :

Jednostką miary ciepła jest dżul na kilogram i kelwin :

Chcąc określić ciepło właściwe w konkretnej temperaturze , należy znaleźć granicę wyrażenia na c przy *T*0

Wartości ciepła właściwego są różne dla różnych stanów skupienia tej samej substancji , zależą też od

warunków w jakich tę substancję ogrzewamy .

Między ciałami o różnych temperaturach zachodzi wymiana ciepła , przy czym ciepło przechodzi zawsze od ciała o temperaturze wyższej do ciała temperaturze niższej , aż do momentu kiedy ustali się równowaga termodynamiczna między ciałami .

Zasada bilansu cieplnego : W układzie zamkniętym ilość ciepła pobranego przez ciało ogrzewające

się jest równa ilości ciepła oddanego przez ciało stygnące .

W poprawnie zapisanym bilansie cieplnym należy uwzględnić ciepło pobierane przez wszystkie

elementy grzejne kalorymetru , wg. ogólnej zależności : Q=mc(T*To)

Ciepło pobierane przez termometr : Q_t = AV( T_k * T_o) , gdzie A = 1,96 * 10 ⁶ J/m³K jest pojemnością cieplną jednostki objętości szkła i rtęci , V - objętość zanurzonej części termometru .

Ciepło pobierane przez ciecz : Q_c = m_c c_c( T_k * T_o ); m_c - masa cieczy , c_c - ciepło właściwe cieczy .

Ciepło pobierane przez kalorymetr : Q _k = m_k c _k (T_k * T_o ); m_k - masa kalorymetru , c _k - ciepło właściwe kalorymetru .

Ciepło oddawane przez ciało stygnące : Q = m c_x (T_p * T_k ) ; m - masa ciała , c_x - ciepło właściwe ciała badanego, T_o - temperatura początkowa wody i kalorymetru , T_p - temp. początkowa ciała badanego ,

T_k - temp. końcowa .

Wzór na bilansu cieplnego będzie miał postać : Q = Q_c + Q _k + Q_t

Po przekształceniach otrzymujemy wzór na ciepło właściwe badanego ciała:

c_x =

2. Wykonanie ćwiczenia .

Po zważeniu badane ciało ogrzewamy w termostacie , ważąc w międzyczasie wewnętrzne naczynie

kalorymetru wraz z mieszadełkiem i pokrywą .Kalorymetr wypełniamy wodą do około 3/4 jego objętości i

ponownie ważymy , znajdując w ten sposób masę wody jako różnicę mas naczynia pustego i pełnego .

Wkładamy wewnętrzną część kalorymetru do osłony izolacyjnej , mocujemy w nim termometr i po kilku

minutach odczytujemy T_o . Po podgrzaniu ciała do temperatury około 100 ^o C wrzucamy ciało do cieczy

odczytując bezpośrednio przed wrzuceniem T_p . Po kilku minutach na termometrze zamocowanym w

kalorymetrze odczytujemy temperaturę końcową T_k

3. Wyniki pomiarów .

mk [kg]	mc [kg]	m [kg]	To [K]	Tp [K]	Tk [K]	ck[J/kg K]	cc [J/kgK]	cx[J/kgK]
0,086	0,27389	0,1464	295,5	357	298,5	896	4190	429,3243

Pozostałe dane : A = 1,96 * 10 ⁶ J/m³ K

V = 0,5 * 10m³

4. Obliczenia

Ciepło pobierane przez ciecz : Q_c = m_c c_c( T_k * T_o ) = 0,27389 * 4190 ** 298,5 *295,5 ) * 3442,7973

Q_c * 3442,8

Ciepło pobierane przez kalorymetr : Q _k = m_k c _k (T_k * T_o ) = 0,086 * 896 * (298,5 * 295,5) = 231,168

Jednostki : [Q] = kg * ( J/kg K ) * K = J

Ciepło właściwe badanego ciała :

c_x = = =

c_x = 429,324331

Jednostka ciepła : [c_x ] =

5. Obliczanie błędu maksymalnego względnego :

*( c_x )max =

*( c_x )max =

Przyjmujemy , że : *T_p=1K

*T_o=*T_k= 0,5K

*m_k=10mg=0,00001g

*m_c=*m=2*m_k=20mg=0,00002g

Po podstawieniu danych do wzoru oraz dokonaniu obliczeń otrzymujemy następujący wynik :

*( c_x )max = 0,000068373 + 0,00000731 + 0,000068306 + 0,1666667 + 0,017094017 + 0,1666667 +

+ 0,008547009 = 0,359118344

*( c_x )max = 35,9118344 *

Rzeczywista wartość c_x mieścić się więc będzie w przedziale:

275,1460882 < c_x < 583,025738

6 Wnioski

Na to , że błąd jest taki duży największy wpływ miał odczyt temperatury początkowej cieczy w kalorymetrze oraz temperatury końcowej tej cieczy .

W rzeczywistości błąd związany z temperaturą początkową ciała jest większy : gdyż od momentu odczytania temperatury ciała nagrzanego do momentu wrzucenia go do cieczy znajdującej się w kalorymetrze mija trochę czasu , w którym ciało ulega dalszemu ochłodzeniu .

ZŁE WYNIKI SZCZEGÓLNIE BŁĄD!!!!

---