Ćwiczenie C5

Ćwiczenie C5
WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO WODY I POJEMNOŚCI CIEPLNEJ
KALORYMETRU
Przyrządy:
Kalorymetr, spirala oporowa, transformator, amperomierz, termometr, waga analityczna,
komplet odważników, stoper.
Ilość ciepła potrzebna do ogrzania masy wody mw i kalorymetru o pojemności cieplnej C w
przedziale temperatur od Tp do Tk wynosi:
Q = ( cw mw + C ) ( Tk – Tp )
(1)
W układzie zastosowanym w ćwiczeniu ciepło
to jest dostarczane przez spiralę zanurzoną w
wodzie w czasie przepływu prądu I w czasie τ.
Q=UIτ
(2)
Wzór ( 1 ) można zapisać w postaci
Q
= c w mw + C
∆T
(3)
Q
= f ( mw ) jest zależnością
∆T
liniową o współczynniku nachylenia cw.
a więc zależność
Kolejność wykonywanych czynności:
1. Połączyć obwód według schematu podanego na rysunku.
2. Wyznaczyć masę kalorymetru mk (tylko naczynie wewnętrzne z pokrywką i
mieszadłem).
3. Wlać wodę do kalorymetru (należy zwrócić uwagę aby spirala grzejna grzałki była
całkowicie zanurzona w wodzie – w przeciwnym razie grzałce grozi spalenie) i
wyznaczyć masę kalorymetru z wodą m.
4. Włożyć naczynie wewnętrzne kalorymetru do jego zewnętrznej osłony. Założyć pokrywę
z grzałką.
5. Włączyć prąd i ciągle mieszając wodę, odczekać aż woda osiągnie temperaturę Tp= 293K.
W tym momencie włączyć stoper.
6. Odczytać wartość natężenia prądu I oraz napięcia U.
7. Ciągle mieszając wodę w kalorymetrze podgrzewać wodę aż do osiągnięcia temperatury
303 K. W tym momencie przerwać przepływ prądu w obwodzie i zmierzyć czas τ,
(UWAGA – przed wyjęciem grzałki z kalorymetru bezwzględnie wyłączyć jej zasilanie).
8. Po wyłączeniu prądu poruszać jeszcze wolno mieszadełkiem aż do ustalenia się
temperatury końcowej Tk.
9. Wylać wodę, ochłodzić kalorymetr, spiralę i termometr.
10. Nalać do kalorymetru nową porcję wody i powtórzyć pomiary z punktów 3-7 .Pomiary
powinno się przeprowadzić dla 5 do 6 różnych mas wody. Masy wody powinny dość
znacznie różnić się między sobą o co najmniej kilka dag.
11. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli
mk
M
mw
U
I
τ
Tp
Tk
Q
[ kg ]
[ kg ]
[ kg ]
[V ]
[A]
[s]
[K]
[K]
[J]
12. Przedstawić punkty pomiarowe na wykresie
Q
= f ( mw ).
∆T
13. Obliczyć ciepło właściwe wody cw i pojemność cieplną kalorymetru C oraz ich
odchylenia standardowe.
Wymagania:
- pojemność cieplna, ciepło właściwe, ciepło molowe
[ 2, 6 ]
- zasada bilansu cieplnego
[ 2, 6 ]
- prawo Joule’a – Lenza
[ 3, 7 ]
- natężenie i napięcie skuteczne prądu zmiennego
[ 3, 7 ]
Q
∆T
[ J/K ]