nr 17

Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych

07.04.95

1. Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu ciepła właściwego metali (aluminium, żelaza, miedzi).W tym celu używano kalorymetru, którego ciepło właściwe było takie same jak krążka metalu, którego ciepło należało wyznaczyć (ten sam materiał - aluminium). Badanie ciepła właściwego ciał stałych polegało na wyznaczeniu ilości ciepła dostarczonego przez badane ciało do układu o znanym cieple właściwym ( kalorymetr i woda ).

2 Obliczenia

2.1 Ciepło właściwe aluminium

Po ekstrapolacji z wykresu odczytaliśmy temperatury:

T2 = 23,7 O C

T1 = 21,0 O C

Znając temperaturę krążka aluminiowego T3=95,0O C, masę krążka m=36,18g, masę kalorymetru mk=62,32g, masę wody mw=136g, oraz ciepło właściwe wody cw=4,19J/(gK) możemy wyznaczyć ciepło właściwe krążka aluminiowego (jednocześnie kalorymetru).

Zgodnie z prawem bilansu cieplnego, ciepło pobrane przez kalorymetr i wodę musi się równać ciepłu oddanemu przez krążek otrzymujemy równość, gdzie lewa strona jest ciepłem pobranym przez kalorymetr i wodę, a prawa oddanym przez krążek:

, gdzie

Stąd:

Wartość ciepła właściwego aluminium odczytana z tablic: 0,896

2.2 Ciepło właściwe żelaza

Po ekstrapolacji z wykresu odczytaliśmy temperatury:

T2 = 30,7 O C

T1 = 21,5 O C

Znając temperaturę krążka żelaznego T3=99,0O C, masę krążka m=111,02g, masę kalorymetru mk=62,32g, masę wody mw=100,38g, oraz ciepło właściwe wody cw=4,19 J/(gK) możemy wyznaczyć ciepło właściwe krążka żelaznego:

Wartość ciepła właściwego żelaza odczytana z tablic: 0,465

2.3 Ciepło właściwe miedzi

Po ekstrapolacji z wykresu odczytaliśmy temperatury:

T2 = 26,6 O C

T1 = 20,1 O C

Znając temperaturę krążka miedzianego T3=99,0O C, masę krążka m=120,02g, masę kalorymetru mk=62,32g, masę wody mw=128,46g, oraz ciepło właściwe wody cw=4,19 J/(gK) możemy wyznaczyć ciepło właściwe krążka miedzianego:

Wartość ciepła właściwego miedzi odczytana z tablic: 0,381

3. Rachunek i dyskusja błędów

3.1 Błąd odczytania temperatury: T = 0,1O C

3.2 Błąd wyznaczania masy m = 0,02g

3.3 Błąd bezwzględny wyznaczania ciepła właściwego aluminium wyznaczyliśmy metodą różniczki zupełnej:

T21 = T2 -T1 , T21 T2 T1 , T32 = T3 -T2 , T32 T3 T2

Błąd względny:

3.4 Błąd względny wyznaczania ciepła właściwego żelaza i miedzi metodą różniczki zupełnej:

Dla żelaza:

Błąd względny:

Dla miedzi:

Błąd względny:

4. Wnioski

Widać z porównania wyników rzeczywistych z wyznaczonymi widać, że w ćwiczeniu błąd jest dosyć duży (nie wartość błędu, a wyniki odbiegające znacznie od wartości podanych w tablicach). Sytuacja taka zaistniała ze względu na straty ciepła przez niedostatecznie dobrą izolację układu, a także niedokładne pomiary temperatury.

Największym błędem obarczone jest ciepło właściwe aluminium, a na jego podstawie wyznaczane są pozostałe wartości, więc pozostałe wielkości muszą mieć również znaczny błąd.

Poza tym nie bez znaczenia jest tutaj również dokładność określenia temperatur początkowej i końcowej z wykresu (szczególnie dlatego, że brakuje nam pewnych pomiarów).

---