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:

C_Termos = 30 J/K

m_Metall = 0,100 kg

m_Vann = 0,500 kg

 

Formler:

Mottar energi:

Vannet, 18 – 29 ºC     Q_V = m_V ∙ c_V ∙ ∆ t_V

Termos, 18 – 29 ºC     Q_T = C_T ∙ ∆ t_T

Avgir energi:

Metallet, 100 – 29 ºC  Q_M = m_M ∙ c_M ∙ ∆ t_M

 

Q_M = Q_V + Q_T

m_M ∙ c_M ∙ ∆ t_M = m_V ∙ c_V ∙ ∆ t_V + C_T ∙ ∆ t_T

c_M = ( m_V ∙ c_V ∙ ∆ t_V + C_T ∙ ∆ t_T ) / (m_M ∙ ∆ t_M)

 

Utregninger:

c_M = 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

c_M = 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, m_M 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 m_V.

4) Les av temperaturen t_M 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 t_bl.

5) Skriv opp resultatene. Sett opp fullstendige energiuttrykk. Og finn den spesifikke varmekapasiteten til metallet. Sammenlign med tabellverdi til metallet.

 

Resultater:

Målinger:

C_Termos = 140 J/K

m_Metall = 0,153 kg

m_Vann = 0,068 kg

 

Formler:

Mottar energi:

Metallet, 20,5 - 50 ºC Q_M = m_M ∙ c_M ∙ ∆ t_M

Avgir energi:

Vannet, 55 – 50 ºC     Q_V = m_V ∙ c_V ∙ ∆ t_V

Termos, 55 – 50 ºC     Q_T = C_T ∙ ∆ t_T

          

Q_M = Q_V + Q_T

m_M ∙ c_M ∙ ∆ t_M = m_V ∙ c_V ∙ ∆ t_V + C_T ∙ ∆ t_T

c_M = ( m_V ∙ c_V ∙ ∆ t_V + C_T ∙ ∆ t_T ) / ( m_M ∙ ∆ t_M )

 

Utregninger:

c_M = 0,068 kg ∙ 4,18 ∙ 103 J/(kg ∙ K) ∙ (328 – 323) K + 140J/K ∙ (328 – 323) K

                                                  0,153 ∙ (323 – 293,5) K

c_M = 470 J/(kg ∙ K)

 

Q_M = 0,153 kg ∙ 470 J/(kg ∙ K) ∙ (323 – 293,5) K = 2121,345 J

Q_V = 0,068 kg ∙ 4,18 ∙ 103 J/(kg ∙ K) ∙ (328 – 323) K = 1421,2 J

Q_T = 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.