C1 Wyznaczanie ciepła topnienia lodu przy pomocy kalorymetru

(1)

Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy im. Jana Długosza w Częstochowie

1 Wyznaczanie ciepła topnienia lodu przy

pomocy kalorymetru C1

Przyrządy:

Kalorymetr, termometr, waga, kawałki lodu, bibuła.

Informacje:

Pomiar ciepła topnienia lodu dokonuje się w oparciu o zasadę zachowania energii.

Jeżeli do kalorymetru o masie m

k

( wraz z mieszadłem ) i cieple właściwym c

k

i temperaturze T

1

, wprowadzi się kawałek lodu o masie m

_l

, cieple topnienia c

_l

, temperaturze T

0

= 273K , to temperatura wody i kalorymetru obniży się do wartości T

2

.Kosztem ciepła oddanego przez wodę i kalorymetr, lód ulegnie całkowitemu stopieniu, a woda powstała z lodu ogrzeje się od temperatury T

0

do T

2

. Zakładając, że kalorymetr zapewnia dostateczne odizolowanie układu, ciepło pobrane przez lód na stopienie i ogrzanie wody powstałej z lodu Q

1

( m

_l

- masa lodu, c

_l

- ciepło topnienia ), Q

1

= m

_l

c

_l

+ m

_l

c

_w

( T

2

– T

0

)

równa się ciepłu oddanemu przez kalorymetr i wodę w kalorymetrze - Q

2

( zasada bilansu cieplnego )

Q

2

= ( m

_w

c

_w

+ m

_k

c

_k

) ( T

1

– T

2

)

( m

_k

, c

_k

- masa i ciepło właściwe kalorymetru ). Stąd otrzymujemy

c

_l

= ( )( ) ( )

0 2 2

1

c T T

m

T T c m c m

w l

k k w

w

+ − − −

(1)

Ciepło właściwe kalorymetru - aluminium (glin) c

k

– 896 K kg

J . Kolejność wykonywanych czynności:

1. Wyznaczyć masę m

k

osuszonego kalorymetru (tylko część wewnętrzna, z

mieszadłem – należy wyjąć wewnętrzną, metalową część kalorymetru z obudowy zewnętrznej, usunąć także pierścień z tworzywa – ten metalowy pojemnik z mieszadłem ważymy).

2. Wlać do kalorymetru wodę, np. 2/3 jego pojemności (do jego wewnętrznej, metalowej części), wyznaczyć masę kalorymetru z wodą m

1

. Obliczyć masę wody m

w

= m

1

– m

k

.

(2)

Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy im. Jana Długosza w Częstochowie

2 3. Włożyć część wewnętrzną kalorymetru do zewnętrznej części osłonowej z tworzywa (należy pamiętać o pierścieniu). Zamknąć szczelnie pokrywą.

4. Wyznaczyć temperaturę T

1

kalorymetru z wodą.

5. Wrzucić do kalorymetru dwa kawałki lodu wciąż mieszając wodę, (przed wrzuceniem lodu do kalorymetru należy doprowadzić go do temperatury 0C

^o

, w tym celu

umieszczamy go na bibułce i czekamy, aż lód zacznie się topić, gdy to nastąpi,

osuszamy lód z powstałej wody – dopiero wtedy możemy wrzucić go do kalorymetru).

6. Obserwując przez cały czas mieszania wskazania termometru, odczytać najniższą temperaturę T

2

wody.

7. Ponownie wyjąć wewnętrzną, metalową część kalorymetru z obudowy zewnętrznej (tym razem z wodą i roztopionym lodem wewnątrz), usunąć także pierścień z tworzywa.

8. Wyznaczyć masę kalorymetru z wodą i z lodem m

2

. Obliczyć masę stopionego lodu m

_l

= m

2

- m

1

.

9. Oszacować maksymalną niepewność jaką należy przypisać pomiarowi temperatur T

1

i T

2

.

10. Powtórzyć pomiary z punktów 2 – 6 dla dwu innych mas wody (np. 1/2 pojemnika i 1/3 pojemnika).

11. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli.

m

k

[ kg ]

c

k

 



 

 K kg

J .

m

w

[ kg ]

c

w

 



 

 K kg

J .

T

0

[ K ]

T

1

[ K ]

T

2

[ K ]

∆ T [ K ]

m

_l