1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Teoria kinetyczno - molekularna budowy materii przyjmuje, ze ciała zbudowane są z atomów lub cząstek. Elementy tych ciał znajdują się w ciągłym ruchu. Do określenia położenia cząstki potrzebna jest minimalna liczba współrzędnych czyli tzw. Liczba stopni swobody. Zasada ekwipatrycji energii głosi, że na każdy stopień swobody cząsteczki gazu przypada średnio ta sama ilość energii równa:

gdzie:

E - średnia wartość energii przypadająca na stopień swobody

k - stała Boltzmanna

T - temperatura w skali Kelvina

Wzrostowi energii kinetycznej towarzyszy wzrost temperatury, dlatego definiujemy ją jako miarę energii kinetycznej przypadającej na jeden stopień swobody.

Sumaryczną energię wszystkich cząstek nazywać będziemy energią wewnętrzną. Energia ta może być przekazywana między dwoma ciałami w kierunku malejącej temperatury. Ilość energii, którą pobiera jednostka masy ciała na podgrzanie o jeden stopień K nazywa się ciepłem właściwym. Z tej definicji wynika, że dowolna masa m przy ogrzaniu o dowolny przyrost temperatury
pobiera tej energii:

gdzie:

Q - ilość ciepła pobranego

c - ciepło właściwe

m - masa ciała

Ciepłem nazywamy energię przepływającą między ciałami w wyniku różnicy temperatur. W każdej wymianie ciepła biorą udział co najmniej dwa ciała lub układ ciał. Prawo bilansu cieplnego głosi, że w układzie izolowanym termicznie ilość ciepła oddanego przez jedno ciało jest równa ilości ciepła pobranego przez inne ciało układu.

2. OPIS ĆWICZENIA

Do wyznaczania ciepła właściwego używano kalorymetru aluminiowego , zbudowanego z dwu koncentrycznie osadzonych naczyń . Wymiana ciepła zachodziła w naczyniu wewnętrznym . Do kalorymetru należało wprowadzić wodę o temperaturze nieco niższej od temperatury otoczenia .Układ ten

pobierał ciepło , którego źródłem było badane ciało ogrzane do temperatury bliskiej temperaturze wrzenia wody . Z prawa bilansu cieplnego wyliczamy ciepło właściwe badanego ciała .

gdzie:

- odpowiednio ciepło właściwe wody i kalorymetru

- temperatura końcowa i początkowa

- masa wody i kalorymetru

Z podanego wyrażenia obliczamy ciepło oddane:

Prawo bilansu cieplnego pozwala porównać prawe strony tych równań.

Przebieg ćwiczenia:

1. Ważymy część wewnętrzną kalorymetru

2. Część wewnętrzną kalorymetru napełniamy do połowy wodą i ponownie ważymy

3. Ogrzewamy badane ciało

4. Ciało ogrzane wkładamy do kalorymetru

5. Przeprowadzamy pomiar temperatur

6. Wykreślamy wykres zależności temperatury od czasu

7. Wyznaczamy na wykresie szukane temperatury
   i
   

III. OBLICZENIA

Korzystam z prawa bilansu cieplnego :

Gdzie : - m_Al , m_Cu , m_Fe - masy badanych ciał

- m_w , c_w - masa i ciepło właściwe wody

- m_k - masa kalorymetru

- t₁ , t₂ , t₃ - temperatury odpowiednio : początkowa układu woda - kalo- rymetr ; końcowa całego układu (woda , kalorymetr , badane ciało) ; początkowa badanego ciała .

Ciepło właściwe aluminium :

c_w = 4190 t₁ = 25,95 C

m_w = 211,27-76,22=135,05 g t₂ = 28,28 C

m_k = 76,22 g t₃ = 90 C

m_Al= 35,99 g

Ciepło właściwe miedzi :

c_w = 4190 c_Al = 812,30

m_w = 217,32-76,22=141,1 g t₁ = 25,9 C

m_k = 76,22 g t₂ = 30,05 C

m_Cu= 119,82g t₃ = 93 C

Ciepło właściwe żelaza:

c_w= 4190 c_Al = 812,30

m_w = 223,17-76,22=146,95 g t₁ = 26,1 C

m_k = 76,22 g t₂ = 30,01 C

m_Fe = 110,64 g t₃ = 90 C

IV. DYSKUSJA BŁĘDOW

Dokładności pomiarowe:

ALUMINIUM

c_Al =

MIEDŹ

ŻELAZO

WYNIKI KOŃCOWE

V. PORÓWNANIE WYNIKÓW Z WARTOŚCIAMI TABLICOWYMI

• Aluminium

• Miedz

• Zelazo

VI. WNIOSKI Z ĆWICZENIA

Uzyskane wartości ciepła właściwego są dość bliskie wartościom odczytanym z tablic. Sugeruje to dość dobrą dokładność tej metody na miarę warunków.

Na błędy pomiarów mogły wpłynąć następujące czynniki :

- ochłodzenie się badanego ciała przy jego przenoszeniu z cylindra do kalorymetru ,

- trudność w jednoczesnym wychwyceniu czasu i temperatury na odcinku gwałtownego skoku temperatury ,

• niedokładności w wyznaczeniu temperatur t₁ i t₂ spowodowana trudnością dobrania prostej dzielącej odcinek charakterystyki , odpowiadający wymianie ciepła badanego ciała z układem woda-kalorymetr , na dwa równe sobie pola .

brak ciągłego mieszania wody w kalorymetrze.

---