8500, materiały PWr, LPF


POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT FIZYKI

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 24

TEMAT: Wyznaczanie ciepła topnienia lodu.

DATA: OCENA:

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z techniką pomiarów kalometrycznych oraz ocena dokładności tych pomiarów.

Część teoretyczna ( opis zjawiska fizycznego ).

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

- ilość ciepła 0x01 graphic
oddana przez ciało badane jest równa ilości ciepła 0x01 graphic
pobranej przez ciała otaczające;

- 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;

- ilość ciepła Q oddana bądź pobrana przez ciało jednorodne jest proporcjonalna do jego masy, a przy niewielkich zmianach temperatury - do przyrostu temperatury 0x01 graphic
.

Ciepłem topnienia nazywamy ilość ciepła potrzebną do zamiany 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 0x01 graphic
, gdzie 0x01 graphic
- ciepło topnienia.

Temperatura topnienia T zależy od ciśnienia, przy którym zachodzi przemiana ciała stałego

w ciecz.

Część doświadczalna (pomiary dokonano 2x):

Kalorymetr wodny:

0x01 graphic

- Po zważeniu na wadze laboratoryjnej pustego suchego naczynia kalorymetrycznego wraz

z mieszadłem, napełniono 2/3 obj. wodą destylowaną i ponownie zważono.

- Po wstawieniu naczynia do kalorymetru i zanurzeniu termometru, przez ok. 5min odczytywano temperaturę.

TABELA 1 (pomiar1)

czas[min]

temp.[C]

1

23,5

2

23,5

3

23,6

4

23,5

5

23,45

- Po otworzeniu kalorymetru, wsypaniu drobno potłuczonego lodu (1/4 obj.), mieszając wodę odczytywano temperaturę co 1015s.

TABELA 2 (pomiar1)

czas[s]

temp.[C]

15”

18

30”

17

45”

16,1

1'00”

14,8

1'15”

13,3

1'30”

12,6

1'45”

12,2

2'00”

12,1

2'15”

11,95

3'15”

12,15

4'15”

12,6

5'15”

12,8

6'15”

13

7'15”

13,2

- Zważono naczynie kalorymetryczne.

TABELA 3 (pomiar1)

masa naczynia

130,65g

masa naczynia z woda

192,2g

masa wody

61,55g

masa naczynia z wodą+lód

206,7g

masa lodu

14,5g

Sporządzenie wykresu T=f(t):

Pomiar 1 : Pomiar 2 :

0x01 graphic

Część obliczeniowa :

0x08 graphic
Wartości stałe:

Oznaczenia jakie przyjąłem:

CX ciepło topnienia lodu

mL masa lodu

CW ciepło właściwe wody

mW masa wody w kalorymetrze

CK ciepło właściwe kalorymetru

mK masa kalorymetru z mieszadełkiem

R objętościowe ciepło właściwe szkła i rtęci

V objętość zanurzonej części termometru

TW temperatura początkowa wody w kalorymetrze

TK temperatura końcową układu

TT temperatura topnienia lodu równa 273.15 K

Wyznaczenie ciepła topnienia lodu z równania bilansu cieplnego:

Po podstawieniach:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Otrzymałem:

0x01 graphic

Teraz mogę wyliczyć ciepło topnienia lodu Cx :

0x01 graphic

Błąd Cx obliczę z różniczki zupełnej:

0x01 graphic

Wartości jakie przyjąłem do obliczeń:

mL = 0,0145 kg  mL = 0.000 02 kg

CW= 4185 J/kg K CW = 8 J/kg K

mW = 0,06155 kg mW = 0.000 02 kg

CK = 879 J/kg K CK = 1 J/kg K

mK = 0,13065 kg mK = 0.000 01 kg

R = 1 930 000 J/m3 K R = 80 000 J/m3 K

V = 0.000 000 25 m3 V = 0.000 000 02 m3

TW = 296,5 K TW = 0.2 K

TK = 286,2 K TK = 0.2 K

Tt = 273.15 K

Z obliczeń:

Cx = 320 541.7584 J/kg

Cx = 12 453.92341 J/kg

Ostatecznie Cx=(320 500 +-12 500) J/kg

Błąd względny : 0x01 graphic

Wnioski :

Celem ćwiczenia było zmierzenie ciepła topnienia lodu. Pomiary dały wynik 320500 J/kg. Wartość ciepła topnienia podawana w tablicach fizycznych wynosi 340000 J/kg. Błąd bezwzględny wyniku to 12453 J/kg co jest spora wartością, lecz jako błąd względny daje ostatecznie 3.88 % (myślę, ze jest to nieźle).

Na wykresie topnienia (na papierze milimetrowym) widać, ze charakterystyka jest "zaokrąglona", nie ma tam kątów ostrych (teoretycznie - bez uwzględniania warunków praktycznych pomiaru powinny być ostre). Wynika to z bezwładności cieplnej wszystkich elementów biorących udział praktycznie w wymianie ciepła, wiec : kalorymetr, woda, termometr, mieszadełko kalorymetru, powietrze w kalorymetrze i poza nim, stół na którym stal kalorymetr. Największy wpływ na zaokrąglenie charakterystyki miały czynniki bezpośrednio stykające się z lodem. Pomiar ciepła topnienia lodu był pośredni (nie można zmierzyć tego bezpośrednio - należy wyliczyć ze wzoru). W związku z tym, że wzór był dość rozbudowany i składał się z wielu zmiennych. Na błąd pomiaru wpływało wiele czynników takich jak :

dokładność pomiaru mas (kalorymetru, kalorymetru z woda, kolorymetru z woda i lodem)

dokładność pomiaru objętości pojemniczka z rtęcią w termometrze

dokładność pomiaru temperatury w rożnych chwilach

Spośród tych rożnych przyczyn największy wpływ na błąd miały : dokładność pomiaru temperatury końcowej całego układu i dokładność pomiaru temperatury początkowej wody w kalorymetrze. Generalnie na błędy najbardziej wpłyną pomiar temperatury.

2



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
9465, materiały PWr, LPF
2588, materiały PWr, LPF
4263, materiały PWr, LPF
1794, materiały PWr, LPF
5262, materiały PWr, LPF
1866, materiały PWr, LPF
4731, materiały PWr, LPF
8606, materiały PWr, LPF
549, materiały PWr, LPF
3093, materiały PWr, LPF
6413, materiały PWr, LPF
160, materiały PWr, LPF
6721, materiały PWr, LPF
6341, materiały PWr, LPF
1317, materiały PWr, LPF
5036, materiały PWr, LPF

więcej podobnych podstron