Wyznaczanie ciepła topnienia lodu 1.doc

(90 KB) Pobierz

 

 

ĆWICZENIE 24

 

WYZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU

 

 

 

Ciepło właściwe to wielkość określająca ilość energii jaką należy dostarczyć do danego ciała (o określonej masie), aby temperatura tego ciała wzrosła o jednostkę temperatury.

W układzie SI ciepło właściwe to wielkość określająca ilość energii jaką należy dostarczyć do pewnego ciała o masie jednego kilograma, aby jego temperatura wzrosła o jeden kelwin.

              Natomiast ciepłem topnienia nazywamy ilość ciepła potrzebna do zmiany 1 kg ciała stałego danej substancji  o temperaturze topnienia na ciecz o tej samej temperaturze.

Wynika z tego, ze   Q=ctm    (gdzie Q-ciepło potrzebne do stopienia danego ciała stałego o masie m, ct-ciepło topnienia tego ciała).

Na energię wewnętrzną ciała stełego składa się:

·              energia kinetyczna cząstek (związana z drganiami cieplnymi)

·              energia potencjalna wzajemnego oddziaływania cząstek.

              Podczas podgrzewania ciała stałego można zauważyć zmianę jego objętości. Wynika to z tego, ze podgrzewając dostarczamy energii, którą przejmują cząsteczki ciała znajdujące się w sieci krystalicznej (drgają z coraz większą amplituda - potrzebują więcej miejsca) w efekcie tego objętość ciała wzrasta.

              Podczas dalszego ogrzewania ciała dochodzi się do pewnej charakterystycznej temperatury (zwanej temperatura topnienia) w której zachodzi zjawisko topnienia - czyli proces przejścia ze stanu stałego ciała w stan ciekły. Ciekawe jest, ze towarzyszy temu stała temperatura. Jest to spowodowane tym, iż podczas tego zjawiska energia dostarczana przechodzi tylko w energie potencjalna oddziaływań cząstek między sobą i w wyniku tego zniszczone zostają wiązania miedzycząsteczkowe (ciało przechodzi w ciecz przy stałej temperaturze).

              Okazuje się, ze temperatura topnienia zależy od ciśnienia w jakim ta przemiana następuje. Zależność tą oddaje równanie Clausiusa-Clapeyrona:

gdzie:              T-temperatura przemiany przy ciśnieniu p

              Dp-przyrost ciśnienia względem p

              DT-Przyrost temperatury przemiany spowodowany przyrostem ciśnienia o Dp

q-ciepło przemiany (np. ciepło topnienia)

              V1,V2-objetosci ciała przed i po przemianie

 

              Ciepło topnienia lodu wyznaczamy z bilansu cieplnego dla procesu stopienia pewnej ilości lodu w kalorymetrze:

     - równanie bilansy cieplnego

gdzie:              DQ1-cieplo potrzebne do stopienia lodu

              DQ2-cieplo potrzebne do ogrzania powstałej z lodu wody

              DQ3-cieplo dostarczone przez wodę w naczyniu kalorymetrycznym

              DQ4-cieplo dostarczone przez kalorymetr z mieszadłem

DQ5-cieplo dostarczone przez zanurzona część termometru (praktycznie zbiorniczek z rtęcią i szkło-oprawa termometru)

 

 

Przebieg ćwiczenia :

1.              Zważyć puste, suche naczynie kalorymetryczne wraz z mieszadłem.

2.              Wlać do około 2/3 objętości naczynia kalorymetrycznego lekko podgrzana wodę destylowana i zważyć. Obliczyć masę wody.

3.              Naczynie kalorymetryczne z woda i mieszadłem wstawić do kalorymetru, odczytywać co minutę temperaturę.

4.              Potłuc i osuszyć niewielka ilość lodu (około 1/4 objętości naczynia kalorymetrycznego).

5.              Po upływie 6 minut od chwili rozpoczęcia pomiarów temperatury i otworzyć kalorymetr, wsypać przygotowany lód, zamknąć kalorymetr i mieszając wodę odczytywać temperaturę co 10-15 sekund. Gdy zmiany temperatury staną się ponownie niewielkie, temperaturę odczytywać jeszcze przez 5 minut w odstępach minutowych.

6.              Wyjąc naczynie kalorymetryczne i zważyć je ponownie (razem z mieszadłem bez uchwytu oraz bez termometru).

7.              W celu wyznaczenia pojemności cieplnej termometru zmierzyć objętość zbiornika rtęci używając malej menzurki.

8.              Wyznaczyć (metoda graficzna, opisana w "Wiadomościach wstępnych o pomiarach kalorymetrycznych" (Skrypt - p.23.1)) temperaturę początkowa i końcową wody w kalorymetrze.

9.              Obliczyć ciepło topnienia lodu.

10.              Cale doświadczenie powtórzyć.

 

 

 

WARTOSCI STALE PRZYJETE DO OBLICZEN :

ciepło właściwe wody  cw = (4185 +- 8) J/kg K

pojemność cieplna właściwa zbiornika z rtęcią termometru R = (1.93 +- 0.08)*1000000 J/kg K

ciepło właściwe kalorymetru :

·              aluminiowego              (879 +-1) J/kg K

·              mosiężnego              (390 +-1) J/kg K

·              miedzianego              (380 +-1) J/kg K

·              szklanego                            (8.0 +-1) J/kg K

 

 

 

POMIARY :

1.              Masa kalorymetru                            mk = 90.52 g = (0.09052 +- 0.00001)kg

2.              Masa kalorymetru z woda              m(k+w) = 354.3 g = (0.3543 +- 0.00001) kg

3.              Masa wody       mw = m(k+w) - mk = 354.3 - 90.52 = 263.78 g = (0.26378 +- 0.00001) kg

              ostatecznie mw =  (0.26378 +- 0.00001) kg

4.              Pomiary temperatury wody i wody z lodem w kalorymetrze

Przed wrzuceniem lodu :

t [min]

0

1

2

3

4

5

t [s]

0

60

120

180

240

300

T[° C]

43.4

43.2

43.0

42.9

42.8

42.6


Wrzucenie lodu - w czasie t = 330 s

Po wrzuceniu lodu (pomiar co 15 s) :
t [min]

6

6.15

6.30

6.45

7.00

7.15

t [s]

360

375

390

405

420

435

T[° C]

29

27.8

27

26.6

26.4

26.4


Po wrzuceniu lodu (pomiar co 1 min) :

t [min]

8.15

9.15

10.15

11.15

12.15

t [s]

495

555

...
Zgłoś jeśli naruszono regulamin