I rok - informatyka
|
Laboratorium fizyki |
03.03.1995 |
|
Badanie ciepła właściwego ciał stałych
|
|
1.W przeprowadzonym ćwiczeniu badanie ciepła właściwego ciał stałych polegało na wyznaczeniu ilości ciepła dostarczonego przez badane ciało do układu o znanym cieple właściwym ( kalorymetr i woda ).
2.Pomiary
a) wyznaczanie ciepła właściwego krążka aluminiowego ( temperatura krążka T=96,5 C )
Masa kalorymetru [g] |
Masa kalorymetru i wody [g] |
Masa krążka [g] |
62,4 |
181,5 |
36,1 |
- pomiar temperatury przed włożeniem krążka
czas[min] |
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
temp[C] |
14,9 |
14,9 |
15,0 |
15,0 |
15,1 |
15,18 |
15,19 |
15,2 |
15,25 |
- pomiar temperatury po włożeniu krążka
czas[min] |
4,5 |
5 |
5,5 |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
8 |
8,5 |
temp[C] |
19,8 |
20,0 |
20,0 |
20,05 |
20,1 |
20,15 |
20,17 |
20,2 |
20,15 |
b) wyznaczanie ciepła właściwego krążka żelaznego ( temperatura krążka T=96,5 C )
Masa kalorymetru [g] |
Masa kalorymetru i wody [g] |
Masa krążka [g] |
62,4 |
190,1 |
111,3 |
- pomiar temperatury przed włożeniem krążka
czas[min] |
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
temp[C] |
14,1 |
14,18 |
14,2 |
14,25 |
14,3 |
14,35 |
14,4 |
14,55 |
14,6 |
- pomiar temperatury po włożeniu krążka
czas[min] |
4,5 |
5 |
5,5 |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
8 |
8,5 |
temp[C] |
18,5 |
21,0 |
21,2 |
21,3 |
21,3 |
21,35 |
21,4 |
21,4 |
21,35 |
c) wyznaczanie ciepła właściwego krążka miedzianego ( temperatura krążka T=97,5 C )
Masa kalorymetru [g] |
Masa kalorymetru i wody [g] |
Masa krążka [g] |
62,4 |
202,9 |
120,2 |
- pomiar temperatury przed włożeniem krążka
czas[min] |
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
temp[C] |
12,6 |
12,65 |
12,65 |
12,7 |
12,7 |
12,75 |
12,8 |
12,85 |
12,9 |
- pomiar temperatury po włożeniu krążka
czas[min] |
4,5 |
5 |
5,5 |
6 |
6,5 |
7 |
7,5 |
8 |
8,5 |
temp[C] |
16,5 |
19,0 |
19,1 |
19,1 |
19,1 |
19,1 |
19,1 |
19,1 |
19,1 |
3.Wyznaczanie ciepła własciwego
a) krążek aluminiowy
po ekstrapolacji z wykresu odczytaliśmy temperatury
T1 = 15,3 C ; temperatura początkowa kalorymetru i wody
T2 = 21,4 C ; temperatura końcowa
T3 = 96,5 C ; temperatura początkowa krążka
stroną dostarczającą ciepło do układu jest krążek aluminiowy:
Q = m_kr * c_al * ( T3 - T2 )
stroną, która odebrała ciepło jest woda i aluminowy kalorymetr ( jego ciepło właściwe jest równe ciepłu krążka )
Q = m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
m_kr * c_al * ( T3 - T2 ) = m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
po przekształceniu otrzymujemy następujący wzór :
m_w * c_w * ( T2 - T1 )
c_al = ------------------------------------------------
m_kr * ( T3 - T2 ) - m_ka * ( T2 - T1 )
( 181,5 - 62,4 ) g * 4,190 J/gK * ( 21,4 - 15,3 ) C
c_al = ------------------------------------------------------------ = 1,306 J/gK
36,1 g * ( 96,5 - 21,4 ) C - 62,4 g * ( 21,4 - 15,3 ) C
rzeczywiste c_al = 0,897 J/gK
b) krążek żelazny
po ekstrapolacji z wykresu odczytaliśmy temperatury
T1 = 14,65 C ; temperatura początkowa kalorymetru i wody
T2 = 21,5 C ; temperatura końcowa
T3 = 96,5 C ; temperatura początkowa krążka
stroną dostarczającą ciepło do układu jest krążek aluminiowy:
Q = m_kr * c_fe * ( T3 - T2 )
stroną, która odebrała ciepło jest woda i aluminowy kalorymetr ( jego ciepło właściwe jest równe ciepłu krążka )
Q = m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
m_kr * c_fe * ( T3 - T2 ) = m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
po przekształceniu otrzymujemy następujący wzór :
m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
c_fe = ---------------------------------------------------------------
m_kr * ( T3 - T2 )
62,4g*1,306J/gk*( 21,5-14,65 )C+(190,1-62,4)g*4,190J/gK*(21,5-14,65)C
c_fe = ---------------------------------------------------------------------------------------- = 111,3g*(96,5-21,5)C
= 0,506 J/gK
rzeczywiste c_fe = 0,453 J/gK
c) krążek miedziany
po ekstrapolacji z wykresu odczytaliśmy temperatury
T1 = 12,95 C ; temperatura początkowa kalorymetru i wody
T2 = 19,15 C ; temperatura końcowa
T3 = 97,5 C ; temperatura początkowa krążka
stroną dostarczającą ciepło do układu jest krążek aluminiowy:
Q = m_kr * c_cu * ( T3 - T2 )
stroną, która odebrała ciepło jest woda i aluminowy kalorymetr ( jego ciepło właściwe jest równe ciepłu krążka )
Q = m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
m_kr * c_cu * ( T3 - T2 ) = m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
po przekształceniu otrzymujemy następujący wzór :
m_ka * c_al * ( T2 - T1 ) + m_w * c_w * ( T2 - T1 )
c_cu = ---------------------------------------------------------------
m_kr * ( T3 - T2 )
62,4g*1,306J/gk*( 19,15-12,95 )C+(202,9-62,4)g*4,190J/gK*(19,15-12,95)C
c_cu = ---------------------------------------------------------------------------------------- = 120,2g*(97,5-19,15)C
= 0,443 J/gK
rzeczywiste c_fe = 0,385 J/gK
4.Wnioski
Jak widać z porównania wyników rzeczywistych z wyznaczonymi w ćwiczeniu błąd jest dosyć duży. Największy błąd ma ciepło właściwe aluminium a wyznaczanie pozostałych wartości jest od niego uzależnione . W pozostałych obliczeniach (żelazo, miedź) gdyby do wzoru wstawić poprawną wartość ciepła właściwego aluminium błąd mieściłby się w granicach ok 4%.
1
1