Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych

Mateusz Stawski, Jakub Żogała - klasa 2d - 2008


PODSTAWOWE POJĘCIA
Ciepło Właściwe- Ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury ciała o masie 1[kg] o 1[K]


OPIS DOŚWIADCZENIA
Celem doświadczenia jest wyznaczenie średniego ciepła właściwego c, którego definicję podaje wzór:

,za pomocą metody mieszania. Polega ona na ogrzaniu określonej masy badanego ciała, którego ciepło właściwe mamy wyznaczyć, ciało ogrzane wrzucamy do zimnej wody znajdującej się w kalorymetrze. Zachodzi wymiana ciepła, w wyniku której ustala się temperatura końcowa kontaktujących się ze sobą substancji. Jeżeli nie ma strat ciepła na rzecz otoczenia, to spełniona jest zasada bilansu cieplnego.Ciepło oddane przez gorące ciało jest równe ciepłu pobranemu przez kalorymetr z wodą.

Badane ciało o masie mc i nieznanym cieple właściwym c , wrzucamy do kalorymetru, którego pojemność cieplna oznaczamy przez W=Ck(Cw kalorymetru)* mk(masa kalorymetru) i który zawiera mw gramów wody o temperaturze początkowej t1. W rezultacie wymiany ciepła ustala się temperatura końcowa t3 wszystkich substancji. Temperaturę początkową ciała przyrównujemy do temperatury pokojowej oznaczonej t2

Ciepło oddane przez wodę i kalorymetr:



Ciepło pobrane przez ciało:



Zgodnie z zasadą bilansu cieplnego otrzymujemy równość:



Po przekształceniu otrzymujemy końcowy wzór który posłuży nam do wyliczenia ciepła właściwego ciała:



Stałe potrzebne do obliczeń:

cw - Ciepło właściwe wody = 4189,9 J/(kg*K)

ck - Ciepło właściwe glinu z którego wykonany jest kalorymetr = 900 J/(kg*K)

mk - masa kalorymetru = 0,086 kg



Nasze badania umożliwiły nam wyznaczenie Ciepła Właściwego kuli bilardowej oraz metalowych kostek. Przedstawimy teraz opis naszych działań oraz otrzymane wyniki.


WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO KULI BILARDOWEJ
1.Wyznaczanie mas poszczególnych ciał:

a)Wyznaczenie masy kalorymetru



Otrzymujemy wynik: mk = 0,086 kg

b)Wyznaczenie masy badanego ciała(kuli)



Otrzymujemy wynik: mc = 0,115 kg

c)Wyznaczanie masy podgrzanej wody

Otrzymujemy wynik: mw = 0,266kg


2.Mierzenie temperatur:


a)Mierzenie temperatury otoczenia



b)Mierzenie temperatury początkowej wody



Otrzymujemy wynik: t1 = 85C

c)Mierzenie temperatury po włożeniu ciała do kalorymetru



Po włożeniu ciała następuje wyrównanie temperatury całego układu która wynosi teraz:
t3 = 78C

2.Obliczenia:


Mamy już komplet potrzebnych danych, możemy je teraz podstawić do wcześniej wyprowadzonego wzoru na ciepło właściwe:



A więc:


Przeprowadziliśmy jeszcze dwie analogiczne próby otrzymując nastepujące wyniki:
2)

3)

Uśredniona wartość po trzech próbach wynosi:



Zamieszczamy kompletną tabelę wyników dla trzech kolejnych pomiarów ciepła właściwego kuli bilardowej:




Przeprowadziliśmy również doświadczenie wyznaczania ciepła właściwego dla dwóch sześciennych metalowych kostek jednak ze względu na analogie wykonywanych czynności zamieszczamy tylko tabelę wyników:


Tablicowa wartość ciepła właściwego żelaza wynosi 452 J/(Kg*K) porównując ją do naszego wyniku 467,5 J/(kg*K)otrzymujmy dosyć małą rozbieżność jak na doświadczenie wykonywane tak prostymi przyrządami.