WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH

(1)

Ciepło właściwe ciał stałych 1

WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH

Cele ćwiczenia:

1. Doskonalenie umiejętności pomiaru masy i temperatury.

2. Praktyczne zapoznanie się z bilansem cieplnym i wykorzystanie go do wyznaczania ciepła właściwego ciała stałego.

3. Optymalizacja pomiarów.

Spis przyrządów:

Kalorymetr, waga techniczna, odważniki, termometr.

Zagadnienia:

1. Definicja energii wewnętrznej, temperatury, ciepła, ciepła właściwego, pojemności cieplnej i ich jednostki.

2. Zasada bilansu cieplnego.

3. Sposób wyznaczania ciepła właściwego przy użyciu kalorymetru, budowa kalorymetru.

Literatura:

1. T. Dryński, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa, 1978 2. Halliday D., Resnick. R, Walker.J, Podstawy fizyki, Wydawnictwo

Naukowe PWN, Warszawa 2003.

3. M. Skorko, Fizyka, PWN, Warszawa, 1973.

4. S. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 2, PWN, Warszawa, 1980.

5. H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa, 1994.

6. Praca zbiorowa pod redakcją Cz. Kajtocha, I Pracownia Fizyczna Wydawnictwo Naukowe AP, Kraków 2007

(2)

WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO CIAŁ STAŁYCH

Sposób wykonania ćwiczenia.

W celu wyznaczenia ciepła właściwego ciała stałego należy:

1. Wyznaczyć pojemność cieplną kalorymetru a. podgrzać wodę w czajniku do ok. 40⁰C,

b. wlać 200 ml (m₁=200g) tej wody do menzurki, c. odczytać temperaturę T1,

d. wlać wodę do kalorymetru, przykryć pokrywką i wsadzić termometr oraz osłonić termicznie,

po krótkim mieszaniu odczytać temperaturę T2,

wyznaczyć pojemność cieplną kalorymetru p_k z bilansu:

m1cw(T1



T2)= pk(T2



Tpok)

2. Zważyć ciało stałe m_c (nie dotykać palcami). Przed włożeniem go do kalorymetru ponownie odczytać temperaturę (T₃) kalorymetru z wodą. Po zaizolowaniu (pokrywka i osłona) mieszać krótko wodę i odczytać temperaturę równowagi T4.

3. Obliczyć ciepło właściwe ciała stałego cwc z bilansu cieplnego:

(m₁c_w+p_k) (T₃



T₄) = m_cc_wc(T₄



T_pok)

) T T ( m

) T - (T ) p c c (m

pok 4

c

4 3 k w 1

wc 

 

9. Pomiary wykonać dla innych materiałów, wskazanych przez prowadzącego.

10. Porównać otrzymane wyniki z danymi tablicowymi. Przeprowadzić rachunek niepewności pomiarowych i dyskusję otrzymanych wyników.

(3)

Metal – masa [g]

Ciepło właściwe [

J/kgK

] (wartości tablicowe)

Mosiądz (1) – 332,00 388,0

Mosiądz (2) – 306,00 388,0 Mosiądz (3) – 264,90 388,0

Al (1) – 203,00 896,0

Al (2) – 199,00 896,0

Al (3) – 216,05 896,0

Stal – 394,50 460,0

Ti – 163,5g 611,0

(4)

Wstęp teoretyczny.

Celem doświadczenia jest wyznaczenie średniego ciepła właściwego ciała stałego

c

dla rozpatrywanego zakresu temperatur, którego definicję podaje wzór:

t m c Q





 (1)

Liczbowo ciepło właściwe c oznacza ilość energii termicznej potrzebnej do podniesienia temperatury jednej jednostki masy ciała o jedna jednostkę

temperatury. W układzie SI jednostką ciepła właściwego jest dżul na kilogram razy kelwin:

K kg

J



Ciepło właściwe ciał stałych i cieczy jest niezmienną cechą zależną tylko od struktury chemicznej tych ciał i nie zależy od ich kształtu i rozmiarów. Ciepło właściwe większości substancji zmienia się jednak nieznacznie ze zmianami temperatury nawet w obrębie jednego stanu skupienia.

Wzór (1), przydatny w rozwiązywaniu prostych zadań, jest zależnością przybliżoną – w rzeczywistości ilość przekazywanego ciepła nie jest proporcjonalna do zmiany temperatury układu. Ściślej ciepło właściwe definiuje się jako:



 



 

  m

Q dT

d T m lim Q )

T ( c

0

T



 (2)