C3 ś ciwego metod ą ostygania Wyznaczanie ciepła wła

Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy im. Jana Długosza w Częstochowie

1

Wyznaczanie ciepła właściwego metodą

ostygania

C3

Przyrządy:

Łaźnia wodna, 2 kalorymetry z mieszadłami i 2 termometrami, osłony kalorymetrów, stoper, waga.

Informacje:

Korzystając z prawa ostygania podanego przez Newtona można dojść do następujących zależności określających zmiany temperatury z czasem:

ln (T- T

) = - t b cm

hS + (1)

lub

T – T

= b exp  

 



 − t cm

hS (2)

T

– temperatura otoczenia T – temperatura stygnącego ciała S – pole powierzchni stygnącego ciała m – masa ciała

c – ciepło właściwe ciała

h – współczynnik określający własności powierzchni stygnącej

Z zależności / 2 / wynika, że różnica temperatur między ciałem i otoczenie maleje w sposób wykładniczy. Obrazem graficznym zależności / 1 / jest linia prosta o nachyleniu

a = - m c

hS

.

przecinająca oś rzędnych w punkcie b .

Ostyganie można wykorzystać do pomiaru

ciepła właściwego obserwując stygnięcie dwóch ciał o identycznych powierzchniach, ale

różnych ciepłach właściwych c

i masach m

( i =1,2 ).

Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy im. Jana Długosza w Częstochowie

2

Nieznane ciepło właściwe można wtedy wyznaczyć z zależności :

c

= c

1 2

1 2

.

m m a

a (3)

gdzie a

( i = 1, 2 ) stanowią wartości odpowiednich współczynników nachylenia prostych opisujących stygnięcie.

Kolejność wykonywanych czynności:

1. Zważyć kolejno dwa puste kalorymetry (tylko wewnętrze naczynia , razem z ich pokrywkami i mieszadłami).

2. Do jednego kalorymetru nalać wody, a do drugiego gliceryny w ilości min. 2/3 ale nie więcej niż ¾ objętości kalorymetru.

3. Zważyć kolejno napełnione kalorymetry.

4. Oba kalorymetry włożyć do łaźni wodnej (tylko naczynia wewnętrzne) i podgrzewać do temperatury około 50

C.

5. Po osiągnięciu tej temperatury przez obie ciecze wyjąć kalorymetry z łaźni i wstawić do zewnętrznych osłon i przykryć pokrywkami.

6. Odczekać kilka minut ( cały czas mieszając obie ciecze w kalorymetrach ) a następnie włączyć stoper i odczytywać co 5 min. temperaturę wody T

i gliceryny T

. Pomiar zmiany temperatury przeprowadzać przez godzinę.

7. Wyniki pomiarów przedstawić w tabeli :

T

T

– T

T

T

– T

Ln ( T

– T

) Ln ( T

– T

) [ K ] [ K ] [ K ] [ K ] [ - ] [ - ]

T

= ... m

= ... m

= ...

8. Obliczyć masę wody i masę gliceryny .

9. Sporządzić wykresy T - T

= f ( t ) oraz ln (T – T

) = f ( t ) dla wody i dla gliceryny.

10. Zastosować metodę regresji liniowej do obliczenia a

i a

prostych:

ln ( T

– T

) = – a

t + b oraz

ln (T

– T

) = – a

t + b

Obliczyć również odchylenia standardowe S

oraz S

. 11. Obliczyć ciepło właściwe gliceryny przy pomocy wzoru ( 3 ) .

12. Obliczyć niepewność maksymalną wyznaczonego ciepła właściwego gliceryny.

Wymagania:

- sposoby przenoszenia ciepła [ 6 ]

- prawo ostygania, wyznaczanie ciepła właściwego metodą ostygania, wyprowadzenie

wzorów wykorzystanych w ćwiczeniu [ 1, 6 ]