Fysikrapport: Rapportøvelse med kalorimetri. Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide. I gruppe med Ulrik Stig Hansen og Jonas Broager

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Fysikrapport: Rapportøvelse med kalorimetri. Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide. I gruppe med Ulrik Stig Hansen og Jonas Broager"

Augusta Markussen
8 år siden
Visninger:

1 Fysikrapport: Rapportøvelse med kalorimetri Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide I gruppe med Ulrik Stig Hansen og Jonas Broager Afleveringsdato: 30. oktober 2007* *Ny afleveringsdato: 13. november

2 Kalorimetri betyder egentlig blot varmemåling og i dette forsøg benytter vi dette til bestemmelse af varmekapacitet. Varmekapacitet er et legemes evne til at gemme varme. Definitionen er den mængde varme målt i joule, der skal til for at ændre et kg af et stofs temperatur 1 C. Dermed er varmekapacitet lig med tilført varmeenergi pr. temperaturstigning. Formålet med opgaven er at finde den specifikke varmekapacitet for henholdsvis bly, messing og aluminium. Et varmt lod med temperatur T lod sænkes ned i tempereret vand i en kalorimetriskål, hvor temperaturen af vandet kaldes T. En kalorimetriskål er to skåle af lidt forskellig størrelse, vand således at der er et luftlag imellem dem, som isolerer. I den inderste skål hældes der tempereret vand i. Hvis vi antager at systemet er isoleret, så den inderste skål er isoleret fra omgivelserne, vil den samlede termiske energi i skålen være konstant, E termisk = 0. Når loddet sænkes ned i vandet, vil vandets temperatur stige, da varme altid strømmer fra varme steder til koldere steder. Herved afkøles loddet, indtil de når en fælles temperatur, T, altså termisk ligevægt. I det isolerede system vil den varmeenergi, der afgives slut fra loddet optages af vandet, så den samlede afgivne energi, Q, er lig med minus den afgivet samlede modtagne energi, - Q modtaget. modtaget Når man kender disse faktorer ved målinger, kaloriemtriskålenes masse og rumfang, loddets masse samt deres start- og sluttemperatur, kan man ud fra formler bytte om på faktorerne og finde loddernes specifikke varmekapacitet. Q, som også tidligere er nævnt, angiver varmemængden, den energi der strømmer ud eller bliver tilført. Q findes ved at bruge formlen Q = m * c * t. m = massen af stoffet, målt i kilogram. c = specifik varmekapacitet, den energi, der skal til for at opvarme en masseenhed af stoffet 1 C; her er det kilogram, det måles i. t = temperaturændring målt i graders celsius, C. Metode: 1. Der hældes vand i en isoleret metalskål, en kalorimetriskål. Denne vejes uden vandet, hvorved man finder massen for skålen, m skål, og derefter vejes den med vandet, hvor massen af skålen trækkes fra så massen af vandet findes, m vand. 2. Loddet vejes og dets masse, m lod, noteres. Model af kalorimetriskål, hvor isolerende luftlag og lod er illustreret: 3. Derefter koges vand i en elkedel. Loddet fastgøres i en snor og sænkes ned i det kogende vand, så det opvarmes. Ved hjælp af snoren undgår man at komme i kontakt med det skoldende vand. Vi antager at loddet efter opvarmningen i vandet får en temperatur på 100 C; t lod = 100 C. 4. Vandets starttemperatur afmåles; her antages det, at kalorimetriskålen har samme start- og sluttemperatur som vandet. 5. Loddet tages op af det varme vand og flyttes ved hjælp af snoren over i vandet i kalorimetriskålen. Vandets temperatur stiger, og dette måle s med et elektronisk termometer med en decimal. Termometeret skal ikke røre loddet, da det er vandets temperatur vi vil måle. Temperaturen af vandet stiger lige til loddet har afgivet så meget varme og vandet optaget det, så de får en fælles sluttemperatur. Dette holder man øje med ved at se hvornår vandets temperatur er på sit maksimale. dette noteres som sluttemperaturen for vandet og loddet. 2

Formålet med opgaven er at finde den specifikke varmekapacitet for henholdsvis bly, messing og aluminium.

3 Som tidligere beskrevet antages det, at systemet er isoleret, hvorved der ikke er tab af energi. Q = - Q. afgivet Derfor gælder det at modtaget m * c * t = - m * c * t. lod lod lod vand vand vand Vi kender massen af loddet og vandet, temperaturændringen for loddet og vandet og vandets specifikke varmekapacitet. Vi skal altså finde loddets specifikke varmekapacitet. Ved at bytte om på faktorerne i formlen kan denne udregnes; c lod = (m vand * c vand * t vand ) / (m lod * t lod ) Man kan også for et mere præcist resultat bruge en formel, hvor kalorimetriskålen tages med i beregningerne. den var lavet af aluminium. da skålen modtager varme skal den stå på samme side som vandet, altså her højre. m lod * c lod * t lod = - m vand * c vand * t vand + m skål * c skål * t skål. Her er det stadig den samme faktor der er ubekendt, nemlig den specifikke varmekapacitet for loddet, da skålens varmekapacitet, masse og temperaturstigning er kendt. Formlen ser således ud: c lod = (m vand * c vand * t vand + m skål * c skål * t skål ) / (m lod * t lod ) Der findes en tabelværdi for, hvad den specifikke varmkapacitet for de forskellige materialer, lodderne er lavet af. Den er at finde i opslagsværker og stod på oplægget til rapporten. Her bruges tallene fr afysikbogen, Orbit B htx. Det målte og beregnede resultat i forsøget kan afvige fra tabelværdien. Den procentvise afvigelse fra denne værdi udregnes ud fra formlen relativ afvigelse = (værdi målt -værdi tabel ) / (værdi tabel ) * 100 %. Resultaterne af målingerne: Eksempel på beregning af specifik varmekapacitet uden kalorimetriskål: = (0,231 kg * 4180 J/kg* C * 1,5 C) / (0,201 kg * 71 C) = 101,49 J/kg* C = 118,33 J/kg* C = 325,31 J/kg* C 2 = 320,76 J/kg* C 3

Ved at bytte om på faktorerne i formlen kan denne udregnes; c lod = (m vand * c vand * t vand ) / (m lod * t lod ) Man kan også for et mere præcist resultat bruge en formel, hvor kalorimetriskålen

4 = 744,37 J/kg* C = 696,17 J/kg* C Eksempel på beregning af specifik varmekapacitet med kalorimetriskål: = (0,231 kg * 4180 J/kg* C * 1,5 C + 0,082 kg * 900 J/kg C * 1,5 C) / (0,201 kg * 71 C) = 109,25 J/kg* C = 131,64 J/kg* C = 357,21 J/kg* C 2 = 349,01 J/kg* C = 814,64 J/kg* C = 765,61 J/kg* C Relative afvigelse på bereginger uden kalorimetriskål: Her er tallene fra fysikbogen taget i brug; : 130 J/kg* C : 390 J/kg* C : 900 J/kg* C Den relative afvigelse: c = bly (101,49-130) / 130 * 100 = -21,93 % = -8,98 % = -16,58 % 2 = -17,75 % = -17,29 % = -22,65 % Relativ afvigelse på beregninger med kalorimetriskål: = (109,25-130) / 130 * 100 = -15,96 % = 1,26 % = -8,41 % 4

kalorimetriskål: Her er tallene fra fysikbogen taget i brug; : 130 J/kg* C : 390 J/kg* C : 900 J/kg* C Den relative afvigelse: c = bly (101,49-130) / 130 * 100 = -21,93

5 2 = -10,51 % = -9,48 % = -14,93 % Fejlkilder: Det ses tydeligt at den relative afvigelse fra tabelværdien for de respektive stoffers specifikke varmekapacitet er meget mindre når kalorimetriskålen tages med i beregningen. Den har altså en rolle at spille. Vi har blot antaget at dens temperaturstigning er lig vandets, selvom dette ikke er påviseligt, da vi ikke har målt på det. Vi antog også at systemet var isoleret og at der ikke var nogen form for energitab undervejs, men det er det ikke, og her kan godt tabes noget varmeenergi, som det også ses på den negative procentvise afvigelse på næsten alle resultaterne. Forskellen på målingerne af bly er meget store, hvilket kan skyldes en usikkerhed ved første måling og måske er det fordi termometeret er blevet holdt for tæt på loddet af anden måling af bly, faktisk ligger på den positive afvigelsesside, når kalorimetriskålen var med i beregningen. Termometeret kan altså også have en effekt, da det kan holdes skævt. Hvis mere præcise resultater efterstræbtes, skulle termometeret og også vægten måle mere præcist med flere decimaler. Vi antog også at lodderne var præcis 100 C, men dette blev ikke målt og kan godt have varieret lidt i temperaturen, hvorved det vil have virkning på resultatet. Konklusion: Denne rapport ha r været med til at give bedre kendskab og sikkerhed i kunsten at udforme præcise fysikrapporter, og det er her gjort tydeligt, hvor mange faktorer, der kan have effekt på reul- tatet, hvilket er vigtigt at huske på til fremtidige forsøg. Det kom til udtryk at vores målinger ikke var meget præcise, men de gav et groft billede af hvilket materiale, der skal tilføres mest energi for at opvarme, aluminium, og lavest lå bly. 5

Vi antog også at systemet var isoleret og at der ikke var nogen form for energitab undervejs, men det er det ikke, og her kan godt tabes noget varmeenergi, som det også ses på den negative

Relaterede dokumenter

Fysikrapport Nyttevirkning og vands specifikke fordampningsvarme

Fysikrapport Nyttevirkning og vands specifikke fordampningsvarme Forsøgsdato: 22-02-2016 Afleveringsdato: 03-03-2016 Gruppe Nr. 232 Udarbejdet af Lasse, Nicolai og Martin 1 Indholdsfortegnelse Formål Side