LABORATORIUM Z FIZYKI OGÓLNEJ

ĆW. 24

WYZNACZENIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH

METODĄ KALORYMETRYCZNĄ

1.CEL ĆWICZENIA :

Zapoznanie się techniką pomiarów kalorymetrycznych oraz oceną ich dokładności.

2.WSTĘP TEORETYCZNY.

Mierzeniem ilości ciepła zajmuje się dział nauki o cieple zwany kalorymetrią .Kalorymetria opiera się ona na kilku zasadach które można wyrazić następująco:

1.Ilość ciepła ΔQ₁ oddana przez ciało badane jest równa ilości ciepła ΔQ₂ pobranaj przez jego otoczenie

ΔQ₁=ΔQ₂

2.Ilość ciepła pobrana przez ciało podczas ogrzewania jest równa ilości ciepła oddanej podczas ostygania w tym samym zakresie temperatur jeśli ciało przechodzi w odwrotnym porządku przez te same stany pośrednie.

3.Ilość ciepła ΔQ pobrana bąd* oddana przez ciało jednorodne jest proporcjonalne do jego masy , a przy niewielkich zmianach temperatury - do przyrostu temperatury:

ΔQ=c^.m^.Δt

Aby zastosować zasadę zachowania energii w jakiejkolwiek postaci , należy utworzyć układ izolowany .Rolę takiego urządzenia spełnia kalorymetr.

Ciepło właściwe c ciała jest to stosunek ilości ciepła ΔQ pobranego przez to ciało do iloczynu masy ciała m i przyrostu temperatury Δt

c=ΔQ/(m^.Δt)

Ciepło właściwe ciała stałego wyznaczamy z bilansu cieplnego dla wymiany ciepła między ciałem ogrzanym dla pewnej temperatury , a kalorymetrem napełnionym wodą o niższej temperaturze.

ilość ciepła oddana przez badane ciało

ΔQ=c_x^.m_c(T_c-T_k)

Z analogicznych wzorów wyznacza się ciepło pobrane przez kalorymetr i przez wodę.

ilość ciepła pobrana przez termometr

ΔQ_T=RV(T_c-T_k)

Szukane ciepło właściwe c_x wyznaczamy ze wzoru

c_w-ciepło właściwe wody

m_w- masa wody

T_p- temperatura początkowa wody w kalorymetrze

T_k- temperatura końcowa

T_c- temperatura , do której ogrzewamy ciało

c_k- ciepło właściwe naczynia i mieszadła

m_k- masa naczynie łącznie z mieszadłem

R- objętościowe ciepło właściwe termometru

V- objętość zanurzonej części termometru

3.PRZEBIEG POMIARÓW.

masa ciała m_c=62,2^.10^-3 [kg]

ciepło właściwe kalorymetru c_k = (384 ± 1) J/kg.K

masa kalorymetru m_k= (159,1 ± 0,1)10^-3 [kg]

masa wody m_w=(87,4 ±0,4) 10^-3 [kg]

ciepło właściwe wody c_w = (4185 ± 8) J/kg.K

temperatura początkowa T_p = (296,1 ± 0,1) K

temperatura końcowa T_k = (300,1 ± 0,1) K

temperatura , do której ogrzewamy ciało T_c = (373,1 ± 0,1) K

R = (1,93 ± 0,08) 10⁶ J/kg.K

V = (0,4 ± 0,1) 10^-6 m³

Lp.	t [s]	T[ ^0 C]	Lp.	t [s]	T[ ^0 C]	Lp.	t[s]	T[ ^0 C]
1	0	23,10	23	370	26,85	45	590	27,30
2	60	23,10	24	380	26,90	46	600	27,30
3	120	23,20	25	390	26,95	47	610	27,30
4	180	23,20	26	400	26,95	48	620	27,30
5	190	25,80	27	410	27,00	49	630	27,30
6	200	25,85	28	420	27,00	50	640	27,30
7	210	25,90	29	430	27,05	51	650	27,30
8	220	25,95	30	440	27,10	52	710	27,30
9	230	25,95	31	450	27,10	53	770	27,30
10	240	26,00	32	460	27,10	54	830	27,30
11	250	26,10	33	470	27,10	55	890	27,30
12	260	26,20	34	480	27,15	56	950	27,30
13	270	26,25	35	490	27,15	57	1010	27,25
14	280	26,30	36	500	27,20	58	1070	27,20
15	290	26,40	37	510	27,20	59	1130	27,20
16	300	26,50	38	520	27,20	60	1190	27,15
17	310	26,55	39	530	27,20	61	1250	27,15
18	320	26,60	40	540	27,20	62	1310	27,10
19	330	26,65	41	550	27,25	63	1370	27,10
20	340	26,70	42	560	27,25	64	1430	27,10
21	350	26,75	43	570	27,25	65	1490	27,10
22	360	26,80	44	580	27,30

3.1 Obliczynie ciepło właściwe ciała:

c_x = ((4185*87,4*10^-3 + 384*159,1*10^-3 + 1,93*10⁶ * 0,4 10^-6)(300,1 - 296,1)) / (62,2 *10^-3 *( 373,1 - 300,1))

c_x = 376,72 J/kg.K

3.2 Błąd bezwzględny Δc_x

Błąd bezwzględny obliczamy metodą różniczki zupełnej :

po podstawieniu następnych wartości do poprzednego wzóru uzyskałem wartości Δc_x:

Δc_w = 8 J/kg.K

Δm_w = 0,5 g

Δc_k = 1 J/kg.K

Δm_k = 0,1 g

ΔR = 0,08 .10^-6 J/m³ K

ΔV = 0,1 cm³

Δm_c = 0,2 g

ostatecznie c_x = (376,72 ± 21,29) J/kg.K

błąd względny

%

4. WNIOSKI:

Celem ćwiczenia było zamierzenia ciepła właściwego ciała, pomiary dały wynik 376,72 J/kg.K a błąd bezwzględny dał wynik 21,29 J/kg.K, a metoda kalorymetryczna pozwalała na wyznaczenia ciepła właściwego z dokładnością do okło 5,65% (myślę, ze jest to nieźle). Błąd ten uwzględnia czynniki wpływające na dokonanie pomiarów takie jak pomiary masy i temperatury.

Gdybyśmy uwzględniamy inne czynniki takie jak wymiana ciepła z otoczeniem w trakcie przenoszenia ciała do kalorymetru i ciepło wyprowadzane przez mieszadełko, uzyskaliśmy dokładniejszy wynik.

---