Ćwiczenie nr 18

Temat: Pomiar ciepła właściwego cieczy o stałym ciśnieniu metodą elektryczną.

I. PODSTAWY TEORETYCZNE

Definicja ciepła właściwego w danej temperaturze T pod stałym ciśnieniem:

Liczbowo C oznacza ilość ciepła potrzebnego do ogrzania 1 g danego ciała o 1 K. Mierzy się ją w kaloriach na 1g i na 1 K lub w Joulach na kg i na K.

Przyrost ciepła jest inaczej mówiąc przyrostem energii wewnętrznej U ciała wyrażonej wzorem:

Gdzie wskaźnik n przy Ek i Ep oznacza sumowanie rozciągnięte na n cząsteczkach ciała.

Między przyrostem ciepła ciała, a przyrostem energii wewnętrznej ciała zachodzi związek równoważności:

Przyrost ciepła Q dostarczonego zależy (przy zmianach temperatury) od:

a)masy ciała m

b)przyrostu temperatury

c)rodzaju ciała

Znajduje to wyraz we wzorze kalorymetrycznym :

gdzie

c oznacza średnie ciepło właściwe ciała.

Z tego wzoru wyznaczamy wzór na c:

Pojemność cieplną danego ciała lub inaczej , jego równoważnikiem wodnym W nazywamy ilość ciepła potrzebną do ogrzania całej masy o 1 K. Wyraża się to wzorem:

II. OPIS PRZEPROWADZONEGO DOŚWIADCZENIA

Pomiary ilości ciepła przeprowadzamy w odpowiednio skonstruowanych naczyniach kalorymetrycznych, które zmniejszają do minimum straty ciepła, związane z ucieczką na zewnątrz lub z wnikaniem do wewnątrz. Do naszego doświadczenia użyliśmy kalorymetru wodnego. Składa się on z dwu cylindrycznych naczyń metalowych umieszczonych jedno wewnątrz drugiego. Naczynie wewnętrzne spoczywające na korkach lub innych izolatorach termicznych, ze względu na swe dobre przewodnictwo cieplne - metal - bierze udział w wymianie cieplnej w całej swej masie. Naczynie zewnętrzne o ściankach wypolerowanych zabezpiecza od strat na promieniowanie. W górnej pokrywce, stanowiącej uzupełnienie osłony termicznej, znajdują się otwory na wprowadzenie do wnętrz termometru T i grzałki oporowej.

III. SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO

IV. WYPROWADZENIE WZORU ROBOCZEGO

Wzór na ciepło Joule'a Q1 wydzielone podczas przepływu prądu ma postać:

Wzór na ciepło wydzielone podczas doświadczenia przez kalorymetr (straty spowodowane np. promieniowaniem itp.) ma postać:

Gdy odejmiemy starty ciepła spowodowane budową kalorymetru (rodzaj materiału, struktura itp.) od ciepła wydzielonego przez spiralę grzejną otrzymamy wzór na ciepło właściwe:

gdzie :

mk - masa pustego i czystego kalorymetru

mc+k - masa kalorymetru z daną cieczą

T1-T2 - różnica temperatur

V. OBLICZENIA I SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI

Dla uproszczenia przyjmujemy:

wówczas:

Masa wewnętrznego kalorymetru

Natężenie prądu płynącego przez grzałkę

Napięcie na grzałce

Ciepło właściwe kalorymetru

a) POMIAR nr 1

Masa kalorymetru wypełnionego badaną cieczą

Temperatura początkowa

Temperatura końcowa (po podgrzaniu)

Czas ogrzewania

Przyrost temperatury

Masa cieczy

b) POMIAR nr 2

Masa kalorymetru wypełnionego badaną cieczą

Temperatura początkowa

Temperatura końcowa (po podgrzaniu)

Czas ogrzewania

Przyrost temperatury

Masa cieczy

c) POMIAR nr 3

Masa kalorymetru wypełnionego badaną cieczą

Temperatura początkowa

Temperatura końcowa (po podgrzaniu)

Czas ogrzewania

Przyrost temperatury

Masa cieczy

VI. UWAGI I WNIOSKI

• W danym doświadczeniu występują błędy pomiaru, przypadkowe (spowodowane niedokładnością urządzeń pomiarowych) oraz błędy systematyczne. Błąd systematyczny w tym doświadczeniu wynika ze strat cieplnych kalorymetru. Starty te zawsze występują mimo nawet najdokładniejszego przygotowania urządzenia. Ponadto występuje też błąd w wyniku odczytania temperatur.

• Po każdym pomiarze po odłączeniu zasilania od układu zaobserwowaliśmy skok temperatury o ok. 0,5 stopnia Celsjusza.

• Przyczyną dużej różnicy pomiędzy pomiarami, może być niedokładne zmierzenie wagi kalorymetru napełnionego cieczą przed każdym pomiarem.