Mål:
Kunne måle spesifikk varmekapasitet
Utstyrsliste:
Termosflaske, 0,25 l
Metallbiter ca. 50 g Al med en snor
Termometer, 0 – 50 ºC, 0,2 K
Termometer, 0 – 100 ºC
Målesylinder, 100 ml
Vekt
Termokanne med varmt vann
Forhåndsoppgave:
a) Spesifikk varmekapasitet er den energimengde som skal til for å endre temperaturen i et legeme på 1 kg med 1 K.
b) Jeg blir bedt om å drøfte hvilken varmekapasitet jeg bør bruke for termosflaska, men jeg vil ut fra min innsikt si at jeg vil bruke den samme varmekapasiteten som jeg kom frem til i forrige forsøk
c) Målinger:
CTermos = 30 J/K
mMetall = 0,100 kg
mVann = 0,500 kg
Formler:
Mottar energi:
Vannet, 18 – 29 ºC QV = mV ∙ cV ∙ ∆ tV
Termos, 18 – 29 ºC QT = CT ∙ ∆ tT
Avgir energi:
Metallet, 100 – 29 ºC QM = mM ∙ cM ∙ ∆ tM
QM = QV + QT
mM ∙ cM ∙ ∆ tM = mV ∙ cV ∙ ∆ tV + CT ∙ ∆ tT
cM = ( mV ∙ cV ∙ ∆ tV + CT ∙ ∆ tT ) / (mM ∙ ∆ tM)
Utregninger:
cM = 0,5 kg ∙ 4,18 ∙ 10 3 J/(kg ∙ K) ∙ (302 – 291) K + 30 J/K ∙ (302 – 291) K
0,1 kg ∙ (373 – 302) K
cM = 3285 J/(kg ∙ K)
Praktisk utførelse:
1) Vei opp ca. 50 g av metallbitene, hell dem i en målesylinder og sett et termometer, 0 – 50 ºC, oppi.
2) Rist termometeret forsiktig på plass så metallbitene ligger rundt kvikksølvkula, og la det stå slik at du får så riktig temperaturmåling som mulig. Ta ikke i målesylinderen med hendene fra nå av og til blandingen skal skje.
3) Massen til metallbitene, mM kjenner vi og noterer. Finn massen av den tomme termosflaska. Fyll den med 40 – 50 g varmt vann. Vannet kan ha en temperatur på 50 – 60 ºC. Ved å veie flaska på nytt finner man mV.
4) Les av temperaturen tM i metallet med termometeret som har stått i metallbitene.
Flytt deretter termometeret over til termosflaska og les av temperaturen der.
Hell alle metallbitene over i termosflaska. Les av temperaturen hvert tiende sekund. Når den stabiliserer seg ved tre-fire avlesninger har temperaturen nådd blandingstemperatur tbl.
5) Skriv opp resultatene. Sett opp fullstendige energiuttrykk. Og finn den spesifikke varmekapasiteten til metallet. Sammenlign med tabellverdi til metallet.
Resultater:
Målinger:
CTermos = 140 J/K
mMetall = 0,153 kg
mVann = 0,068 kg
Formler:
Mottar energi:
Metallet, 20,5 - 50 ºC QM = mM ∙ cM ∙ ∆ tM
Avgir energi:
Vannet, 55 – 50 ºC QV = mV ∙ cV ∙ ∆ tV
Termos, 55 – 50 ºC QT = CT ∙ ∆ tT
QM = QV + QT
mM ∙ cM ∙ ∆ tM = mV ∙ cV ∙ ∆ tV + CT ∙ ∆ tT
cM = ( mV ∙ cV ∙ ∆ tV + CT ∙ ∆ tT ) / ( mM ∙ ∆ tM )
Utregninger:
cM = 0,068 kg ∙ 4,18 ∙ 103 J/(kg ∙ K) ∙ (328 – 323) K + 140J/K ∙ (328 – 323) K
0,153 ∙ (323 – 293,5) K
cM = 470 J/(kg ∙ K)
QM = 0,153 kg ∙ 470 J/(kg ∙ K) ∙ (323 – 293,5) K = 2121,345 J
QV = 0,068 kg ∙ 4,18 ∙ 103 J/(kg ∙ K) ∙ (328 – 323) K = 1421,2 J
QT = 140J/K ∙ (328 – 323) K = 700 J
Konklusjon:
Forsøket gikk som det skulle, og fikk resultater som stemte med det som var antatt på forhånd. Kort og godt, et meget vellykket forsøk.