Wydział Elektrotechniki i Elektroniki

semestr II

rok akademicki 2002/2003

Laboratorium fizyki

Ćwiczenie nr 212

Wyznaczanie ciepła topnienia lodu za pomocą kalorymetru

Ocena: __________

1. Metoda pomiaru

Celem tego ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła topnienia lodu używając kalorymetru i opierając się o zasadę zachowania energii. Po wrzuceniu kostki lodu do kalorymetru z wodą, kosztem ciepła oddanego przez wodę i kalorymetr, lód ulegnie całkowitemu stopnieniu, a woda powstała z lodu ogrzeje się od temperatury topnienia T₀ do temperatury końcowej T₂. Przyjmując następujące oznaczenia:

m_k - masa kalorymetru

c_k - ciepło właściwe kalorymetru

m_w - masa wody w kalorymetrze

c_w - ciepło właściwe wody

T₁ - temperatura wody

m_l - masa lodu, który wprowadzamy do kalorymetru

T₀ - temperatura topnienia lodu [J / kg · K]

T₂ - temperatura końcowa

możemy zapisać zasadę bilansu cieplnego dla zachodzącego procesu, a nastepnie z tego bilansu wyznaczyć ciepło topnienia lodu, które wyrazi się wzorem:

(m_k · c_k + m_w · c_w) · (T₁ - T₂)

l = ------------------------------- - c_w · (T₂ - T₀)

m_l

2. Tabele z wartościami wielkości mierzonych

mk [kg]	ck [J/kg·K]	mw [kg]	cw [J/kg·K]	T0 [K]	T1 [K]	T2 [K]	ΔT [K]	ml [kg]
0,0181744	896,66	0,053889	4180,9	273	308,6	306,2	0,1	0,001109

t [s]	T [K]
0	36,3
30	36,2
60	36,1
90	36,0
120	35,9
150	35,8
180	35,7
210	33,8
240	33,1
270	33,1
300	33,0
330	33,0
360	32,9
390	32,9
420	32,8
450	32,8
480	32,7
510	32,7
540	32,6
570	32,6
600	32,5
630	32,5

3. Wykres zależności temperatury T od czasu t dla całego eksperymentu.

Wykres załączony na papierze milimetrowym.

4. Obliczenia ciepła topnienia lodu l

(m_k · c_k+m_w · c_w) · (T₁-T₂)

l = ------------------------- - c_w · (T₂-T₀) =

m_l

= [(0,0181744 · 896,66 + 0,053889 · 4180,9) · (308,6-306,2)] /0,001109 -4180,9·(306,2-273)=

= 384091,46 = 3,8 · 10⁵ J / kg · K

5. Obliczenie maksymalnego błędu bezwzględnego Δl

2 · (m_k · c_k + m_w · c_w)

Δl = [ ------------------------- + c_w ] · ΔT =

m_l

= {[2 · (0,0181744 · 896,66 + 0,053889 · 4180,9)] / 0,001109 + 4180,9 } · 0,1 = 43992,87 =

= 0,5 · 10⁵ J / kg · K

6. Wynik ostateczny

l = l_obl ± Δl = (3,8 ± 0,5) · 10⁵ J / kg · K

7. Wnioski

Wartość tablicowa ciepła topnienia lodu wynosi ok. 3,3 · 10⁵ J / kg · K, a zatem obliczona przez nas wartość mieści się w granicy błędu. Analizując przebieg wykresu możemy stwierdzić, że wykres początkowo biegnie pod niewielkim nachyleniem ponieważ temperatura wody spada powoli, następnie po wrzuceniu kostki lodu następuje gwałtowny spadek temperatury i w dalszej kolejności unormowanie się temperatury i dalszy spadek w jeszcze mniejszym tempie niż na początku. Błąd w  pomiarach, szczególnie temperatury, spowodowany mógł być niemożliwością całkowitego zanurzenia termometru elektronicznego w badanym roztworze. Powodowało to, że temperatura otoczenia mogła mieć wpływ na jego wskazanie. Niepewność tą można byłoby wyeliminować stosując  większy kalorymetr, taki aby cały termometr mógł się zmieścić, albo używając innego modelu termometru o krótszym czujniku.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

numer studenta

_ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

numer studenta

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

---