wyznaczanie ciepła topnienia lodu za pomocą kalorymetru

________ _____________________
numer studenta
_______ ______________________
numer studenta
_ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
imię i nazwisko
_______ ______________________
imię i nazwisko
nr indeksu
nr indeksu
____________
____________
Wydział Elektrotechniki i Elektroniki
semestr II
rok akademicki 2002/2003
Laboratorium
fizyki
Ćwiczenie nr 212
Wyznaczanie ciepła topnienia lodu za pomocą
kalorymetru
Ocena: __________
1. Metoda pomiaru
Celem tego ćwiczenia jest wyznaczenie ciepła topnienia lodu używając kalorymetru i
opierając się o zasadę zachowania energii. Po wrzuceniu kostki lodu do kalorymetru z wodą,
kosztem ciepła oddanego przez wodę i kalorymetr, lód ulegnie całkowitemu stopnieniu, a
woda powstała z lodu ogrzeje się od temperatury topnienia T0 do temperatury końcowej T2.
Przyjmując następujące oznaczenia:
mk – masa kalorymetru
ck – ciepło właściwe kalorymetru
mw – masa wody w kalorymetrze
cw – ciepło właściwe wody
T1 – temperatura wody
ml – masa lodu, który wprowadzamy do kalorymetru
T0 – temperatura topnienia lodu [J / kg · K]
T2 – temperatura końcowa
możemy zapisać zasadę bilansu cieplnego dla zachodzącego procesu, a nastepnie z tego
bilansu wyznaczyć ciepło topnienia lodu, które wyrazi się wzorem:
l
(mk · ck + mw · cw) · (T1 - T2)
= ------------------------------- - cw · (T2 - T0)
ml
2. Tabele z wartościami wielkości mierzonych
mk
[kg]
ck
[J/kg·K]
mw
[kg]
cw
[J/kg·K]
T0
[K]
T1
[K]
T2
[K]
ΔT
[K]
ml
[kg]
0,0181744
896,66
0,053889
4180,9
273
308,6
306,2
0,1
0,001109
t [s]
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
T [K]
36,3
36,2
36,1
36,0
35,9
35,8
35,7
33,8
33,1
33,1
33,0
33,0
32,9
32,9
32,8
32,8
32,7
32,7
32,6
32,6
32,5
32,5
3. Wykres zależności temperatury T od czasu t dla całego eksperymentu.
Wykres załączony na papierze milimetrowym.
4. Obliczenia ciepła topnienia lodu l
(mk · ck+mw · cw) · (T1-T2)
l = ------------------------- - cw · (T2-T0) =
ml
= [(0,0181744 · 896,66 + 0,053889 · 4180,9) · (308,6-306,2)] /0,001109 –4180,9·(306,2273)=
= 384091,46 = 3,8 · 105 J / kg · K
5. Obliczenie maksymalnego błędu bezwzględnego Δl
2 · (mk · ck + mw · cw)
Δl =
[ -------------------------
]
+ cw · ΔT =
ml
= {[2 · (0,0181744 · 896,66 + 0,053889 · 4180,9)] / 0,001109 + 4180,9 } · 0,1 = 43992,87 =
= 0,5 · 105 J / kg · K
6. Wynik ostateczny
l = lobl  Δl = (3,8  0,5) · 105 J / kg · K
7. Wnioski
Wartość tablicowa ciepła topnienia lodu wynosi ok. 3,3 · 105 J / kg · K, a zatem obliczona
przez nas wartość mieści się w granicy błędu. Analizując przebieg wykresu możemy
stwierdzić, że wykres początkowo biegnie pod niewielkim nachyleniem ponieważ
temperatura wody spada powoli, następnie po wrzuceniu kostki lodu następuje gwałtowny
spadek temperatury i w dalszej kolejności unormowanie się temperatury i dalszy spadek w
jeszcze mniejszym tempie niż na początku. Błąd w pomiarach, szczególnie temperatury,
spowodowany mógł być niemożliwością całkowitego zanurzenia termometru elektronicznego
w badanym roztworze. Powodowało to, że temperatura otoczenia mogła mieć wpływ na jego
wskazanie. Niepewność tą można byłoby wyeliminować stosując większy kalorymetr, taki
aby cały termometr mógł się zmieścić, albo używając innego modelu termometru o krótszym
czujniku.