PRACOWNIA FIZYCZNA AKADEMII PODLASKIEJ

PRACOWNIA FIZYCZNA AKADEMII PODLASKIEJ
W SIEDLCACH
II
Imię i nazwisko, kierunek studiów
Nr ćwiczenia
Data wykonania
Grupa
Ocena zaliczenia
Podpis
TEMAT: „WZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU”
Jeśli ciało stałe, krystaliczne ogrzewamy, to temperatura jego początkowo wzrasta, aż do
temperatury topnienia tt. Dalsze ogrzewanie ciała nie powoduje wzrostu jego temperatury,
powoduje natomiast jego stopniowe topnienie; dzieje się to aż do chwili, gdy cała masa
ciała przejdzie w ciecz. Przebieg zmian temperatury w opisywanym procesie ogrzewania
przedstawia wykres:
t
b
tt
A
B
a
t1
ΔQ
Krzywa ogrzewania substancji krystalicznej.
Zasada pomiaru ciepła topnienia lodu jest następująca. Określoną masę ml lodu
topniejącego, a więc temperaturę tt = 0˚C, wrzucamy do wody o temperaturze początkowej
tp. Następuje wymiana ciepła: lód pobiera ciepło od wody, woda i kalorymetr oddają ciepło
– ustala się temperatura końcowa tk. Ciepło topnienia lodu liczymy ze wzoru:
q 
t
l.p.
mk
I pomiar
89,750g
II pomiar
89,750g
III pomiar
89,750g
mk – masa kalorymetru
Mw – masa wody
ml – masa lodu
(m w c w  m c )( t p  t )
k k
k c t
w k
m
l
mw
ml
tp
tk
130,500g
6,000g
36,5˚C
32˚C
110,700g
4,200g
32˚C
28,5˚C
124,700g
3,300g
31˚C
28,5˚C
tp – temperatura początkowa ck – ciepło właściwe kalorym.
tk – temperatura końcowa
ck = 879,9 J / kg˚C
cw – ciepło właściwe wody = 4200 J / kg˚C
1
I pomiar:
(m w c w  m c )( t p  t )
k k
k c t
w k
m
l
(0,1305kg  4200J / kgC  0,08975kg  879,9J / kgC)(36,5C  32C)
q 
 4200J / kgC  32C 
t
0,006kg
(548,1J  78,97J)4,5

 134400J / kg  470303J / kg  134400J / kg  335903J / kg
0,006kg
q 
t
Obliczenie błędów pomiaru:
 q 
 q 
 q 
 q 
 q t 
t  m   t  m   t  t   t  t
q  
m w  

t  m 
k  m 
l  t  p  t  k
 m

 w
 p
kw
l


 k


 q t  c w ( t p  t k ) 4200  (36,5  32)

 3150000


m
0,006
 m w 
l
 q t  c k ( t p  t k ) 879,9  (36,5  32)

 659925


m
0,006
 m w 
l
 q  m c  m c
k k  0,1305  4200  0,08975  879,9  104512
 t w w
m
0,006
 t p 


l
 q  m c  m c
k k  c  0,1305  4200  0,08975  879,9  4200  108712
 t w w
w
m
0,006
 t 
l
 k
 q  (m w c w  m k c k )( t p  t k ) (0,1305  4200  0,08975  879,9)  4,5
 t

 470302
2
0
,
006
 m 
(m )
 l
l
m w  m  m  0,001
t p  t  0,5
k
l
k
q  3150000  0,001  659925  0,001  470302  0,001  104512  0,5  108712  0,5  6380
l2
II pomiar:
(0,1107g  4200J / kgC  0,08975kg  879,9J / kgC)(32C  28,5C)
 4200J / kgC  28,5C 
0,0042kg
(464,94J  78,97J)3,5

 119700J / kg  453258J / kg  119700J / kg  333558J / kg
0,0042kg
q 
t
Obliczenie błędów pomiaru:
 q 
 q 
 q 
 q 
 q t 
t  m   t  m   t  t   t  t
q  
m w  

t  m 
k  m 
l  t  p  t  k
 m

 w
 p
 l
 k
 kw 
 q t  c w ( t p  t k ) 4200  (32  28,5)

 3500000


m
0,0042
 m w 
l
2
 q t  c k ( t p  t k ) 879,9  (32  28,5)

 733250


m
0,0042
 m w 
l
 q  m c  m c
k k  0,1107  4200  0,08975  879,9  129502
 t w w
m
0,0042
 t p 


l
 q  m c  m c
k k  c  0,1107  4200  0,08975  879,9  4200  133702
 t w w
w
m
0,0042
 t 
l
 k
 q  (m w c w  m k c k )( t p  t k ) (0,1107  4200  0,08975  879,9)  3,5
 t 

 453258
2
0,0042
 m 
(
m
)
 l
l
m w  m  m  0,001
t p  t  0,5
k
l
k
q  3500000  0,001  733250  0,001  453258  0,001  129502  0,5  133702  0,5  6786
l2
III pomiar:
(0,1247 kg  4200J / kgC  0,08975kg  879,9J / kgC)(31C  28,5C)
 4200J / kgC  28,5C 
0,0033kg
(523,74J  78,97J)2,5

 119700J / kg  456598J / kg  119700J / kg  336898J / kg
0,0033kg
q 
t
Obliczenie błędów pomiaru:
 q 
 q 
 q 
 q 
 q t 
t  m   t  m   t  t   t  t
q  
m w  

t  m 
k  m 
l  t  p  t  k
 m

 w
 p
 l
 k
 kw 
 q t  c w ( t p  t k ) 4200  (31  28,5)

 3181818


m
0,0033
 m w 
l
 q t  c k ( t p  t k ) 879,9  (31  28,5)

 666591


m
0,0033
 m w 
l
 q  m c  m c
k k  0,1247  4200  0,08975  879,9  182639
 t w w
m
0,0033
 t p 


l
 q  m c  m c
k k  c  0,1247  4200  0,08975  879,9  4200  186839
 t w w
w
m
0,0033
 t 
l
 k
 q  (m w c w  m k c k )( t p  t k ) (0,1247  4200  0,08975  879,9)  2,5
 t

 456599
2
0,0033
 m 
(
m
)
 l
l
m w  m  m  0,001
t p  t  0,5
k
l
k
q l 3  3181818  0,001  666591  0,001  456599  0,001  182639  0,5  186839  0,5  6405
3
Obliczenie średniej wartości ciepła topnienia lodu:
q
335903  333558  336898
 335453J / kg
3
6380  6786  6405
q

 6524J / kg
tśr .
3
tśr .

WNIOSKI:
Wg tablic matematyczno – fizycznych ciepło topnienia lodu wynosi 33400 J / kg, a więc
wykonany pomiar mieści się w granicy dopuszczalnego błędu spowodowanego błędem
urządzeń pomiarowych i wynosi: (335453 J / kg ± 6524 J / kg). Zasadniczy błąd
pomiarowy dominujący w stosunku do innych błędów związany jest z przedwczesnym
topnieniem lodu, zanim zostanie on wrzucony do kalorymetru.
4