POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI	SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 24 TEMAT : WYZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU
Krzysztof Jungowski IZ rok II	DATA WYKONANIA : 15 . 11 .95 OCENA : ..............................

1. CEL ĆWICZENIA.

- zapoznanie się z techniką pomiarów kalorymetrycznych ;

- ocena dokładności tych pomiarów ;

2. CIEPŁO TOPNIENIA. PROCES TOPNIENIA.

Ciepło topnienia - jest to ilość ciepła potrzebna do zmiany 1 kg ciała stałego o temperaturze topnienia na ciecz o tej samej temperaturze.

Ilość ciepła Q potrzebna do stopienia masy m ciała o temperaturze topnienia wyraża się wzorem :

Q = c_t m

gdzie :

c_t - ciepło topnienia ;

W czasie topnienia na skutek doprowadzenia ciepła do ciała następuje zwiększenie energii potencjalnej wzajemnego oddziaływania cząsteczek danego ciała, czego skutkiem jest zniszczenie wiązań w sieci krystalicznej. Nie następuje przy tym zwiększenie energii kinetycznej cząstek, dlatego proces topnienia zachodzi w stałej temperaturze.

3. WYZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU.

Ciepło topnienia lodu wyznaczyliśmy z bilansu cieplnego dla procesu topnienia pewnej ilości lodu w kalorymetrze :

ΔQ₁ + ΔQ₂ = ΔQ₃ + ΔQ₄ + ΔQ₅

gdzie :

ΔQ₁ - ciepło potrzebne do stopienia lodu ;

ΔQ₂ - ciepło potrzebne do ogrzania powstałej z niego wody ;

ΔQ₃ - ciepło dostarczone przez wodę zawartą w naczyniu kalorymetrycznym ;

ΔQ₄ - ciepło dostarczone przez naczynie kalorymetryczne wraz z mieszadłem ;

ΔQ₅ - ciepło dostarczone przez zanurzoną część termometru ;

Podstawiając odpowiednio wartości Q oraz T otrzymamy po krótkim przekształceniu ciepło topnienia lodu :

przy czym :

c_x - ciepło topnienia lodu ;

m_l - masa lodu ;

c_w - ciepło właściwe wody ;

m_w - masa wody ;

c_k - ciepło właściwe naczynia kalorymetrycznego ;

m_k - masa naczynia kalorymetrycznego wraz z mieszadłem ;

R - objętościowe ciepło szkła i rtęci ;

V - objętość zanurzonej części termometru ;

T_w - temperatura początkowa wody w kalorymetrze ;

T_k - temperatura końcowa układu ;

T_t = 273,15 K - temperatura topnienia lodu;

4. POMIARY.

4.1 Masa pustego kalorymetru z mieszadłem.

- pierwszy pomiar :

m_k = ( 61.5 * 0.05 ) [g]

-drugi pomiar :

m_k = ( 61.5 * 0.05 ) [g]

4.2 Masa kalorymetru napełnionego wodą destylowaną.

-pierwszy pomiar :

m₁ = ( 370.85 * 0.05 ) [g]

- drugi pomiar :

m₁ = ( 358.60 * 0.05 ) [g]

4.3 Masa wody destylowanej.

- dla pierwszego pomiaru :

m_w = m₁ - m_k = ( 309.35 * 0.1 ) [g]

- dla drugiego pomiaru :

m_w = m₁ - m_k = ( 297.10 * 0.1 ) [g]

4.4 Temperatura wody w naczyniu kalorymetrycznym w ° C (pomiar co 60 s ).

- dla pierwszego pomiaru :

Temp.

39.0 °C

38.5 °C

39.0 °C

38.0 °C

38.0 °C

38.0 °C

- dla drugiego pomiaru :

Temp.

30.0 °C

30.0 °C

30.0 °C

30.0 °C

30.0 °C

30.5 °C

4.5 Pomiar objętości zanurzonej części termometru.

- dla pierwszego pomiaru :

V = (0.4 ± 0.1) ml

- dla drugiego pomiaru :

V = (0.4 ± 0.1) ml

4.6 Pomiar masy kalorymetru z wodą destylowaną i lodem.

- dla pierwszego pomiaru :

m₂ = ( 436.05 * 0.05 ) [g]

- dla drugiego pomiaru :

m₂ = ( 419.95 * 0.05 ) [g]

4.7 Masa lodu.

- dla pierwszego pomiaru :

m_lodu = m₂ - m₁ = ( 65.20 * 0.1 ) [g]

- dla drugiego pomiaru :

m_lodu = m₂ - m₁ = ( 61.35 * 0.1 ) [g]

4.8 Temperatura wody destylowanej z lodem ( pomiar wykonywany co 15 s ).

- pierwszy pomiar :

°

29.0 °C

27.0 °C

25.0 °C

24.0 °C

24.0 °C

23.0 °C

23.0 °C

22,5 °C

22,0 °C

22,0 °C

22,0 °C

21,0 °C

21,0 °C

21,0 °C

20,5 °C

20,5 °

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°C

16,0 °C

15,5 °C

15,0 °C

15,0 °C

15,0 °C

14,5 °C

14,5 °C

4.9 Pomiar temperatury wody destylowanej z lodem ( wykonywany co 60 s ).

- pierwszy pomiar :

19,5 °C

19,5 °C

19,5 °C

20,0 °C

20,0 °C

- drugi pomiar :

12,5 °C

12,0 °C

11,5 °C

11,5 °C

5. OBLICZENIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU.

5.1 Wielkości użyte do obliczeń :

c_w = ( 4158 ± 8 ) [ J / kg K ]

c_k = ( 384 ± 1 ) [ J / kg K ]

R = ( 1.93 ± 0.08 ) 10⁶ [ J / m³ K ]

T_k , T_w - wyznaczone metodą graficzną ;

5.2 Obliczenia :

- dla pierwszego pomiaru :

= 302.35 10³ [ J / kg ]

- dla drugiego pomiaru :

= 314.06 10³ [ J / kg ]

6. BŁĘDY POMIARU.

6.1 Błąd bezwzględny pomiaru ( metoda różniczki zupełnej ).

- dla pierwszego pomiaru :

- dla drugiego pomiaru :

6.2 Błąd procentowy.

- dla pierwszego pomiaru :

δc_x = 7.85 %

- dla drugiego pomiaru :

δc_x = 7.70 %

7. DYSKUSJA BŁĘDÓW.

Największy błąd powstał przy pomiarze temperatury. Łącznie przy pomiarze temperatury początkowej i końcowej układu powstały błąd stanowi 90 % błędu całego pomiaru. Spowodowane jest to bardzo małą dokładnością termometru. Wpływ na różnicę między otrzymanym wynikiem a danymi z tablic miały także błędy, które nie zostały ujęte przy obliczaniu błędu bezwzględnego takie jak np. : dłuższe przerwy między pomiarami (pomiar temperatury kalorymetru z wodą destylowaną i lodem nie został rozpoczęty zbyt szybko, co z kolei było spowodowane tym, że zważenie układu zajęło nam trochę czasu ).

Używany przez nas kalorymetr nie był doskonałej jakości (nie gwarantował całkowicie iż nie przedostanie się do układu ciepło z otoczenia.

8. WNIOSKI.

Otrzymane przez nas wyniki różnią się od danych z tablic o niecałe 10 %. Według tablic ciepło topnienia lodu wynosi 334 10³ [J / kg ] . Znacznie dokładniejsze wyniki moglibyśmy otrzymać, gdyby skala termometru, którego używaliśmy była dokładniejsza i gdyby termometr był dłuższy ( przy każdym pomiarze musieliśmy go wyciągać z kalorymetru, aby odczytać temperaturę. Mimo to dokładność pomiarów jest dosyć duża.

2

---