Michał Czapla

2 rok, kierunek biologia

Grupa - wtorek, godz. 11.00 - 13.45

1. Wstęp

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła topnienia lodu. W związku z tym na początek należy zdefiniować, czym jest ciepło.

Ciepło (Q) jest to energia przekazywana, przez kontakt termiczny, z ośrodka o wyższej temperaturze do ciała o temperaturze niższej. Otrzymanie przez ciało ciepła często wiąże się ze zmianą jego temperatury.

Natomiast ciepło właściwe (c) jest to ilość energii potrzebna do ogrzania jednostkowej masy danej substancji o jeden stopień Kelwina. Wymiarem ciepła właściwego jest J / kg * K.

Zależność między ciepłem a ciepłem właściwym przedstawia wzór: Q = c * m * zmiana T (gdzie Q = ciepło, c = ciepło właściwe, m = masa, zmiana T = zmiana temperatury).

Z przepływem ciepła wiąże się pierwsza zasada termodynamiki czyli zasada zachowania energii, która mówi, że ilość ciepła oddanego przez ciało jest równa ilości ciepła pobranego przez ciała otaczające. Zasadę tą można wyrazić wzorem: zmiana U = W + Q (gdzie: zmiana U = zmiana energii wewnętrznej, W = makroskopowa praca wykonana nad układem, Q = ciepło przekazane do układu).

Zasadę zachowania energii dla układu izolowanego nazywamy bilansem cieplnym, który mówi, że całe ciepło oddane przez część układu musi zostać pobrane przez pozostałe jego części. Korzystając z bilansu cieplnego dokonujemy pomiarów ciepła przy użyciu kalorymetru, który swoją budową przypomina termos.

Do wyznaczenia ciepła topnienia lodu przygotowujemy kalorymetr wypełniony wodą o znanej masie i temperaturze początkowej. Następnie wrzucamy do kalorymetru kostki topniejącego lodu, czyli takie, których temperatura wynosi 0 stopni Celsjusza, o znanej masie. Po roztopieniu kostek lodu mierzymy temperaturę końcową. Na tej podstawie piszemy bilans cieplny: ( masa wody * ciepło właściwe wody + masa kalorymetru * ciepło właściwe kalorymetru) * (temperatura początkowa - temperatura końcowa) = masa lodu [ ciepło topnienia lodu + ciepło właściwe wody * ( temperatura końcowa - 0 stopni Celsjusza)].

Z bilansu cieplnego wyprowadzamy wzór na ciepło topnienia lodu:

Z tego wzoru korzystamy, wyznaczając ciepło topnienia lodu.

2. Plan pracy

1. Wyznaczenie masy kalorymetru wraz z mieszadełkiem.

2. Nalanie wody do ok. 0.75 V kalorymetru.

3. Wyznaczenie masy kalorymetru z wodą.

4. Kruszenie lodu na małe kawałki.

5. Wyznaczenie temperatury początkowej wody w kalorymetrze za pomocą termometru.

6. Osuszanie lodu i wrzucenie go do kalorymetru z wodą.

7. Mieszanie wody aż do rozpuszczenia w niej lodu.

8. Wyznaczenie temperatury wody po rozpuszczeniu w niej lodu.

9. Ważenie kalorymetru z wodą i rozpuszczonym lodem.

10. Wyznaczenie masy lodu.

3. Opracowanie wyników

Masa kalorymetru = (133,1 ± 0,1) g => (0,1331 ± 0,0001) kg

Ciepło właściwe wody = 4190 J/kg*K

Ciepło właściwe aluminium = 896 J/kg*K

Numer pomiaru	mk [kg]	m1 [kg]	m2 [kg]	mw [kg]	ml [kg]	T1 [°C]	T2 [°C]
1	(0,1331 ± 0,0001)	(0,7537 ± 0,0001)	(0,7762 ± 0,0001)	(0,6206 ± 0,0001)	(0,0225 ± 0,0001)	(27,6 ± 0,2)	(24,0 ± 0,2)
2	(0,1331 ± 0,0001)	(0,7820 ± 0,0001)	(0,8008 ± 0,0001)	(0,6489 ± 0,0001)	(0,0188 ± 0,0001)	(27,2 ± 0,2)	(24,2 ± 0,2)
3	(0,1331 ± 0,0001)	(0,8451 ± 0,0001)	(0,8684 ± 0,0001)	(0,7120 ± 0,0001)	(0,0233 ± 0,0001)	(24,0 ± 0,2)	(21,0 ± 0,2)
4	(0,1331 ± 0,0001)	(0,7640 ± 0,0001)	(0,7778 ± 0,0001)	(0,6309 ± 0,0001)	(0,0138 ± 0,0001)	(26,2 ± 0,2)	(24,0 ± 0,2)
5	(0,1331 ± 0,0001)	(0,8533 ± 0,0001)	(0,8682 ± 0,0001)	(0,7202 ± 0,0001)	(0,0149 ± 0,0001)	(32,2 ± 0,2)	(30,0 ± 0,2)
6	(0,1331 ± 0,0001)	(0,7782 ± 0,0001)	(0,7953 ± 0,0001)	(0,6451 ± 0,0001)	(0,0171 ± 0,0001)	(32,0 ± 0,2)	(29,2 ± 0,2)
7	(0,1331 ± 0,0001)	(0,7683 ± 0,0001)	(0,7850 ± 0,0001)	(0,6352 ± 0,0001)	(0,0167 ± 0,0001)	(31,6 ± 0,2)	(29,0 ± 0,2)

1. Obliczenia dla pomiaru 1

2. Obliczenia dla pomiaru 2

3. Obliczenia dla pomiaru 3

4. Obliczenia dla pomiaru 4

5. Obliczenia dla pomiaru 5

6. Obliczenia dla pomiaru 6

7. Obliczenia dla pomiaru 7

Numer pomiaru	Qt[J]
1	334571	670400	- 19196976	120870	-125060	20032
2	351498	668617	- 24326988	150965	-155155	24935
3	311478	539485	- 17236320	133156	-137346	22022
4	339875	667971	- 31989489	200198	-204388	32954
5	337466	618658	- 31368956	210530	-214720	34630
6	339771	686082	- 27249084	165042	-169232	27230
7	310582	652335	- 25821209	166512	-170702	27464

POMIAR 1 :

POMIAR 2 :

POMIAR 3 :

POMIAR 4 :

POMIAR 5 :

POMIAR 6 :

POMIAR 7 :

Niepewności pomiarowe wynikły ze skończonej dokładności wagi i termometru.

---