WYZNACZANIE CIEPLA TOPNIENIA LODU, Szkoła, penek, Przedmioty, Fizyka, Laborki
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Û¥-x@ -€$Ÿ"$$$$$$$2XŠŠŠŠŠ¦(ŠÎ(öZPPPPPPPPRRRRRRp4¤mp$ppƒ‡Arkadiusz Szachniewicz wydzial: ElektronikaCWICZENIE 24WYZNACZANIE CIEPLA TOPNIENIA LODUCieplo wlasciwe to wielkosc okreslajaca ilosc energii jaka nalezy dostarczyc do danego ciala (o okreslonaj masie), aby temperatura tego ciala wzrosla o jednostke temperatury.W ukladzie SI cieplo wlasciwe to wielkosc okreslajaca ilosc energii jaka nalezy dostarczyc do pewnego ciala o masie jednego kilograma, aby jego temperatura wzrosla o jeden kelwin.Natomiast cieplem topnienia nazywamy ilosc ciepla potrzebna do do zmiany 1 kg ciala stalego danej substancji o temperaturze topnienia na ciecz o tej samej temperaturze.Wynika z tego, ze Q=ct m (gdzie Q-cieplo potrzebne do stopienia danego ciala stalego o masie m, ct-cieplo topnienia tego ciala).Na energie wewnetrzna ciala stelego sklada sie:SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h energia kinetyczna czastek (zwiazana z drganiami cieplnymi)SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h energia potencjalna wzajemnego oddzialywania czastek.Podczas podgrzewania ciala stalego mozna zauwazyc zmiane jego objetosci. Wynika to z tego, ze podgrzewajac dostarczamy energii, ktora przejmuja czasteczki ciala znajdujace sie w sieci krystalicznej (drgaja z coraz wieksza amplituda - potrzebuja wiecej miejsca) w efekcie tego objetosc ciala wzrasta.Podczas dalszego ogrzewania ciala dochodzi sie do pewnej charakterystycznej temperatury (zwanej temperatura topnienia) w ktorej zachodzi zjawisko topnienia - czyli proces przejscia ze stanu stalego ciala w stan ciekly. Ciekawe jest, ze towarzyszy temu stala temperatura. Jest to spowodowane tym, iz podczas tego zjawiska energia dostarczana przechodzi tylko w energie potencjalna oddzialywan czastek miedzy soba i w wyniku tego zniszczone zostaja wiazania miedzyczasteczkowe (cialo przechodzi w ciecz przy stalej temperaturze).Okazuje sie, ze temperatura topnienia zalezy od cisnienia w jakim ta przemiana nastepuje. Zaleznosc te oddaje rownanie Clausiusa-Clapeyrona:EMBED Equationgdzie: T-temperatura przemiany przy cisnieniu pDp-przyrost cisnienia wzgledem pDT-Przyrost temperatury przemiany spowodowany przyrostem cisnienia o Dpq-cieplo przeminy (np. cieplo topnienia)V1,V2-objetosci ciala przed i po przemianieCieplo topnienia lodu wyznaczamy z bilansu cieplnego dla procesu stopienia pewnej ilosci lodu w kalorymetrze:EMBED Equation - rownanie bilansy cieplnegogdzie: DQ1-cieplo potrzebne do stopienia loduDQ2-cieplo potrzebne do ogrzania powstalej z lodu wodyDQ3-cieplo dostarczone przez wode w naczyniu kalorymetrycznymDQ4-cieplo dostarczone przez kalorymetr z mieszadlemDQ5-cieplo dostarczone przez zanuzona czesc termometru (przktycznie zbiorniczek z rtecia i szklo-oprawa termometru)Przebieg cwiczenia :1. Zwazyc puste, suche naczynie kalorymetryczne wraz z mieszadlem.2. Wlac do okolo 2/3 objetosci naczynia kalorymetrycznego lekko podgrzana wode destylowana i zwazyc. Obliczyc mase wody.3. Naczynie kalorymetryczne z woda i mieszadlem wstawic do kalorymetru, odczytywac co minute temperature.4. Potluc i osuszyc niewielka ilosc lodu (okolo 1/4 objetosci naczynia kalorymetrycznego).5. Po uplywie 6 minut od chwili rozpoczecia pomiarow temperatury i otworzyc kalorymetr, wsypac przygotowany lod, zamknac kalorymetr i mieszajac wode odczytywac temperature co 10-15 sekund. Gdy zmiany temperatury stana sie ponownie niewielkie, temperature odczytywac jeszcze przez 5 minut w odstepach minutowych.6. Wyjac naczynie kalorymetryczne i zwazyc je ponownie (razem z mieszadlem bez uchwytu oraz bez termometru).7. W celu wyznaczenia pojemnosci cieplnej termometru zmierzyc objetosc zbiornika rteci uzywajac malej menzurki.8. Wyznaczyc (metoda graficzna, opisana w "Wiadomosciach wstepnych o pomiarach kalorymetrycznych" (Skrypt - p.23.1)) temperature poczatkowa i koncowa wody w kalorymetrze.9. Obliczyc cieplo topnienia lodu.10. Cale doswiadczenie powtorzyc.WARTOSCI STALE PRZYJETE DO OBLICZEN :cieplo wlasciwe wody cw = (4185 +- 8) J/kg Kpojemnosc cieplna wlasciwa zbiornika z rtecia termometru R = (1.93 +- 0.08)*1000000 J/kg Kcieplo wlasciwe kalorymetru :SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h aluminiowego (879 +-1) J/kg KSYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h mosieznego (390 +-1) J/kg KSYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h miedzianego (380 +-1) J/kg KSYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h szklanego (8.0 +-1) J/kg KPOMIARY :1. Masa kalorymetru mk = 90.52 g = (0.09052 +- 0.00001)kg2. Masa kalorymetru z woda m(k+w) = 354.3 g = (0.3543 +- 0.00001) kg3. Masa wody mw = m(k+w) - mk = 354.3 - 90.52 = 263.78 g = (0.26378 +- 0.00001) kgostatecznie mw = (0.26378 +- 0.00001) kg4. Pomiary temperatury wody i wody z lodem w kalorymetrzePrzed wrzuceniem lodu :t [min]12345t [s]60120180240300T[st C]43.443.243.042.942.842.6Wrzucenie lodu - w czasie t = 330 sPo wrzuceniu lodu (pomiar co 15 s) :t [min]66.156.306.457.007.15t [s]360375390405420435T[st C]2927.82726.626.426.4Po wrzuceniu lodu (pomiar co 1 min) :t [min]8.159.1510.1511.1512.15t [s]495555615675735T[st C]26.426.526.626.626.65. Pomiar masy kalorymetru z woda i lodem: m(k+w+l) = 389.25 g = (0.38525 +- 0.00001)kgmasa lodu: ml = m(k+w+l) - m(k+w) = 389.25 - 354.3 = 34.95 g =(0.03495 +- 0.00001) kgWYKRESY I OBLICZENIA:1. Wykres procesu topnienia lodu przedstawiony jest na papierze milimetrowym.2. Wyznaczenie ciepla topnienia lodu z rownania bilansu cieplnego:Po podstawieniach:EMBED EquationEMBED EquationEMBED EquationEMBED EquationEMBED EquationOtrzymalem:EMBED EquationOznaczenia jakie przyjalem:cx cieplo topnienia lodum1 masa loducw cieplo wlasciwe wodymw masa wody w kalorymetrzeck cieplo wlasciwe kalorymetrumk masa kalorymetru z mieszadelkiemR objetosciowe cieplo wlasciwe szkla i rteciV objetosc zanurzonej czesci termometruT w temperatura poczatkowa wody w kalorymetrzeT k temperatura koncowa ukladuT t temperatura topnienia lodu rowna 273.15 KTeraz moge wyliczyc cieplo topnienia lodu Cx :EMBED EquationBlad DCx oblicze z rozniczki zupelnej:EMBED EquationWartosci jakie przyjalem do obliczen:ml = 0.043 95 kg Dml = 0.000 02 kgcw = 4185 J/kg K Dcw = 8 J/kg Kmw= 0.263 78 kg Dmw = 0.000 02 kgck = 879 J/kg K Dck = 1 J/kg Kmk = 0.090 52 kg Dmk = 0.000 01 kgR = 1 950 000 J/m3 K DR = 80 000 J/m3 KV = 0.000 000 25 m3 DV = 0.000 000 02 m3Tw = 315.55 K DTw = 0.2 KTk = 299.55 K DTk = 0.2 KTt = 273.15 K(uwaga: zapis m3 oznacza metr szescienny)Z obliczen:EMBED EquationCx = 320 541.7584 J/kgEMBED EquationDCx = 12 453.92341 J/kgOstatecznie Cx=(320 500 +-12 500) J/kgBlad wzgledny : EMBED EquationWNIOSKI :Celem cwiczenia bylo zmierzenie ciepla topnienia lodu. Pomiary daly wynik 320500 J/kg. Wartosc ciepla topnienia podawana w tablicach fizycznych wynosi 340000 J/kg. Blad bezwzgledny wyniku to 12453 J/kg co jest spora wartoscia, lecz jako blad wzgledny daje ostatecznie 3.88 % (mysle, ze jest to niezle).Na wykresie topnienia (na papierze milimetrowym) widac, ze charakterystyka jest "zaokraglona", nie ma tam katow ostrych (teoretycznie - bez uwzgledniania warunkow praktycznych pomiaru powinny byc ostre). Wynika to z bezwladnosci cieplnej wszystkich elementow bioracych udzial praktycznie w wymianie ciepla, wiec : kalorymetr, woda, termometr, mieszadelko kalorymetru, powietrze w kalorymetrze i poza nim, stol na ktorym stal kalorymetr. Najwiekszy wplyw na zaokroglenie charakterystyki mialy czynniki bezposrednio stykajace sie z lodem.Pomiar ciepla topnienia lodu byl posredni (nie mozna zmierzyc tego bezposrednio - nalezy wyliczyc ze wzoru). W zwiazku z tym, ze wzor byl dosc rozbudowany i skladal sie z wielu zmiennych. Na blad pomiaru wplywalo wiele czynnikow takich jak :SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h dokladnosc pomiaru mas (kalorymetru, kalorymetru z woda, kolorymetru z woda i lodem)SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h dokladnosc pomiaru objetosci pojemniczka z rtecia w termometrzeSYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \h dokladnosc pomiaru temperatury w roznych chwilachSposrod tych roznych przyczyn najwiekszy wplyw na blad mialy : dokladnosc pomiaru temperatury koncowej calego uklady i dokladmosc pomiaru temperatury poczatkowej wody w kalorymetrze. Generalnie na bledy najbardziej wplyna pomiar temperatury.Dodatkowo niedokladnosci mogly byc zwiazane z wymiana ciepla miedzy kalorymetrem, a powietrzem (niedokladne odizolowanie wewnetrznego naczynia kalorymetru od zewnetrznego). Pewna wymiane ciepla z otoczeniem dawal takze termometr i mieszadelko kalorymetru.‹….ŒÂA Ž pniJ:üŒÎ ”òõ ñ ÿÿÿ.1 €&MathTypeðú-Ý Ý(ú-ü-é7Ñæéþ#æ;7#æé“ ÑA é“ #{ ;“ #A -ÝÊݳ ÝUÝ_MVû€þSymbol-!Di>!DiE!DM<û€þTimes New Roman¾-ð...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]