Laboratorium Termodynamiki Ćw. nr 24: Pomiar ciepła właściwego cp ciała stałego
Prowadzący: dr inż. Jerzy Kuś	Wykonawcy: Jolanta Firla 173340 Sylwester Chojnacki 173359 Mateusz Kranc 173356 Radosław Olszewski 173350	Data laboratorium: 04.03.2010

1. Opis przebiegu ćwiczenia

W doświadczeniu mieliśmy za zadanie wyznaczyć ciepło właściwe ciała stałego na przykładzie piasku oraz aluminium. Najpierw zważyliśmy puste menzurki, a następnie wraz z badanymi ciałami. Podgrzaną wodę wlaliśmy do dwóch termosów i zapisaliśmy wartości temperatury wody przed wlaniem do termosu i po wlaniu. Kolejnym etapem było wsypanie piasku oraz aluminium do termosów. Zamknęliśmy je szczelnie i przez 30 minut obserwowaliśmy proces stabilizacji temperatury. Wyniki odczytane z termometru zapisywaliśmy co minutę.

2. Schemat stanowiska

termometr

termos

Oznaczenia symboli:

- masa menzurki na piasek

- masa menzurki na aluminium

- masa menzurki z piaskiem

- masa menzurki z aluminium

- masa piasku

- masa aluminium

- temperatura początkowa wody w pierwszym termosie (z piaskiem)

- temperatura początkowa wody w drugim termosie (z aluminium)

- masa wody

- czas

- temperatura piasku w termosie z wodą

- temperatura aluminium w termosie z wodą

- temperatura otoczenia

- temperatura końcowa w pierwszym termosie

- temperatura końcowa w drugim termosie

- ciepło właściwe piasku

- ciepło właściwe aluminium

Dane potrzebne do obliczeń:

3. Tabela pomiarowa

g	g	g	g	^oC	^oC	g	min	^oC	^oC
193,0	211,0	655,0	667,0	82,0	82,4	300,0	0	61,6	61,4
				74,2	76,7		1	61,4	61,3
							2	61,3	61,4
							3	61,3	61,3
							4	61,2	61,3
							5	61,1	61,3
							6	61,0	61,2
							7	60,9	61,1
							8	60,8	61,1
							9	60,7	61,0
							10	60,6	60,9
							11	60,5	60,8
							12	60,4	60,7
							13	60,3	60,6
							14	60,2	60,5
							15	60,1	60,4
							16	60,0	60,3
							17	59,9	60,2
							18	59,8	60,1
							19	59,7	60,0
							20	59,6	59,9
							21	59,5	59,8
							22	59,4	59,7
							23	59,3	59,7
							24	59,2	59,6
							25	59,1	59,5
							26	59,0	59,4
							27	58,9	59,3
							28	58,9	59,2
							29	58,8	59,1
							30	58,7	59,0

4. Tabela wynikowa

1. termos	2. termos	piasek		aluminium
kJ/K	kJ/K	g	kJ/(kg*K)	g	kJ/(kg*K)
0,171	0,120	462	1,15	456	1,27

5. Bilanse energii

Bilans wymiany ciepła dla termosu z wodą:

Bilans wymiany ciepła dla piasku w termosie z wodą:

6. Przykładowe obliczenia

Wartość
dla termosu z wodą obliczamy z równania bilansu, przykładowo dla 1. termosu:

Masę piasku i aluminium obliczamy z takich samych zależności. Dla piasku wygląda to w ten sposób:

Ciepło właściwe obliczamy z bilansu energii tak samo dla obu substancji, a przykładowo dla piasku:

7. Wykres

8. Wnioski

• Na podstawie wykresu możemy zauważyć, że spadek temperatury jest funkcją liniową.

• Obie wyznaczone wartości ciepła właściwego są zbliżone do siebie. Tablicowa wartość ciepła właściwego aluminium, jest trochę niższa od wyznaczonej i wynosi 0.9kJ/(kg*K). Różnica może być spowodowana zbyt krótkim badaniem, niepewnym składem kulek aluminiowych lub niedokładną izolacją termiczną termosu.

• Nie istnieje tablicowa wartość ciepła właściwego piasku. Jest to spowodowane tym, że nie każdy piasek ma taki sam skład.

• Dynamika procesów dla piasku i aluminium jest podobna. Badane substancje przejawiają zbliżone właściwości termiczne. Krzywe na wykresie pochylone są pod podobnym kątem.

• Nie udało nam się znaleźć temperatury ustalonej w termosach, ponieważ doświadczenie nie przebiegało wystarczająco długo i skończyliśmy je gdy temperatura ciągle spadała.

• Na początku pomiarów procesy zmiany temperatury nie były jednostajne, co widać na wykresie. Spowodowane było to stabilizowaniem się układu, a także konstrukcją termometru.