Isens smeltevarme

Side 1

Isens smeltevarme [navn fjernet]

Side 1 af 7

Side 2

Isens smeltevarme [navn fjernet]

Side 2 af 7

Formål

Formålet med opgaven og forsøget er at udregne hvor meget energi det kræver at smelte en given mængde is. Under forsøget medregnes luftens indvirkning på eksperimentet ikke, da det antages at forsøget udføres i et lukket system. Jeg vil forsøge at påvise hvilken indvirkning på resultat dette kan have. Desuden vil jeg forsøge at finde eventuelle fejlkilder ved forsøget som kan gøre, at resultatet jeg kommer frem til afviger fra de specifikke værdier for is smeltevarme.

Godt!

Side 3

Isens smeltevarme [navn fjernet]

Side 3 af 7

Teori

I eksperimentet vil vi bestemme isens smeltevarme L_{is}, der er defineret som

den energi pr. masse, der skal til for at smelte is, der i forvejen er 0 °C.

Når is smelter forgår det i hvad man kan betagne som etaper. Først smelter isen, og så opvarmes smeltevandet fra 0 °C til sluttemperaturen. Herved får isvandet en temperaturtilvækst på:

Δt_{isvand} = t_{slut} - 0 °C = t_{slut}

Varmen hertil kommer fra det lunkne vand, som får en temperaturtilvækst på

Δt_{vand} = t - t

slut start

Under forsøget antager vi at dette forgår i et isoleret system. De faktorer der skulle medregnes hvis vi ville udregne det der faktisk blev lavet, ville blive meget kompliceret. Hvilke faktorer der skulle medregnes vil jeg komme ind på senere i rapporten. Systemet med is og lunkent vand er isoleret, og derfor er:

ΔE_{is} + ΔE_{isvand} + ΔE_{vand} = 0

Nu har jeg de oplysninger der skal til at finder formlen til at udregne den mængde energi der forbruges til at smelte en given masse af is, eller det som kaldes isens smeltevarme. Ligningen ser således ud:

m_{is} ⋅ L_{is} + m_{is} ⋅ c_{vand} ⋅ Δt_{isvand} + m_{vand} ⋅ c_{vand} ⋅ Δt_{vand} = 0

I formlen indgår en værdi som er konstant. c vand er aflæst i tabel til:

c = 4182 J/kg*K

vand

Du kunne med fordel isolere L is med samme, så du har en formel der er klar til at få tal indsat.

Apparatur

Til eksperimentet blev anvendt et termobæger. Dette benyttes for at opnå mindst mulig energi spild i form af varmeafgivelse igennem bægeret.

Desuden blev der benyttet en elektronisk vægt til at finde massen af vandet og af isen. Der blev benyttet et elektronisk termometer til aflæsning af de temperaturer der skulle måles i forsøget.

Side 4

Isens smeltevarme [navn fjernet]

Side 4 af 7

Fremgangsmåde

I forsøget benyttede jeg 2 isklumper på henholdsvis 33- og 35 g. [1] Isen havde en temperatur på ca. –18 celsius ved da de kom ud af fryseren. Disse blev lagt til optøning, da forsøget havde til hensigt at udregne den mængde energi der skulle til at smelte isen. Henholdsvis 262- og 297 g. (ml.) lunkent vand blev hældt op i bægeret og temperaturen blev aflæst. Isterningen blev derpå lagt ned i vandet. Da isen var helt smeltet blev temperaturen igen aflæst.

De fundene data er benyttet i formlerne til at udregne isens smeltevarme.

Forsøgs opsætningen ser ud som følger:

1

Massen af isen blev dog først målt efter isen var smeltet ud fra formlen m_{slut} -m_{vand} = m_{is}

isterning term obæ ger term om eter

Side 5

Isens smeltevarme [navn fjernet]

Side 5 af 7

Måleresultater

Databehandling

Målingerne og aflæsningerne fra forsøget indsættes i formlen:

m_{is} ⋅ L_{is} + m_{is} ⋅ c_{vand} ⋅ Δt_{isvand} + m_{vand} ⋅ c_{vand} ⋅ Δt_{vand} = 0
C er aflæst i tabel til 4182 J/kg*K. Omregnet til de andre værdier i formlen

vand

bliver værdien 4,18 J/g.*K.

Da det er L som er eneste ubekendte og den værdi som skal findes, isolerer is jeg denne værdi. Udregningerne kommer så til at se således ud: a)

33g * L + 33g * 4,18J/(g *K) * 19,9 K + 262 g * 4,18 j/(g * K) * -12,1 K = 0

is

33g * L = 33g * 4,18J/(g *K) * 19,9 K + 262 g * 4,18 j/(g * K) * -12,1 K

is

L = (33g * 4,18J/(g *K) * 19,9 K + 262 g * 4,18 j/(g * K) * -12,1 K)/-33g

is

L = (2745 j - 13251,436j)/-33g

is

L = 318,38 J/g

is b)

35g * L + 35g * 4,18 J/(g ⋅ K) * 19,9 K + 297g * 4,18 J/(g ⋅ K) * -11,5 K = 0

is

35g*L = 35g * 4,18 J/(g ⋅ K) * 19,9 K + 297g * 4,18 J/(g ⋅ K) * -11,5 K

is

L = (35g * 4,18 J/(g ⋅ K) * 19,9 K + 297g * 4,18 J/(g ⋅ K) * -11,5 K)/-35g

is

L = (2911,37 j – 14276,79 j)/-35g

is

L = -11365.42j/-35g

is

L = 324,73 J/g

is

For at finde en værdi af isens smeltevarme som er mest nøjagtig laves der to opstillinger som benævnes henholdsvis a og b. Der findes så en middelværdi af disse. For at finde denne gør vi som følger:

318,38J/g + 324,73J/g = 643,11 J/g
643,11 J/g / 2 = 321,55 J/g

m_{vand} m_{slut} m_{is} t_{start} t_{slut}
274g - 12g = 262g 307g – 12g = 295g 295g – 262g = 33g

32 C 19,9 C

309g - 12g = 297g 344g – 12g = 332g 332g – 297g = 35g

31,4 C 19,9 C

Side 6

Isens smeltevarme [navn fjernet]

Side 6 af 7

Vurdering

Under et forsøg opstillet i fysiklokalet må der medregnes fejlkilder. Formlerne er kun fuldstændig korrekte hvis forsøget opstilles i et isoleret system. Dette er dog ikke muligt i de opstillinger vi har sat op.

Efter forsøget er det relevant at udregne en eventuel fejlprocent for at vurdere resultatet. For at finde denne bruger vi værdien L is som er aflæst i en tabel.

Denne værdi er udregnet på baggrund af et forsøg opstillet i et isoleret system. Formlen for at udregne fejl procenten ser ud som følger:

((L – 334 J/g )*100) / L = Afvigelse i %

is(middelværdi) is(tabel)

(12,44 J/g * 100)/334 J/g = 3,72 %

Det er tydeligt at der et sted i forsøget må være en eller flere fejlkilder som bør medregnes. Det at isen flyder i overfladen af vandet og at ca. 10 procent af isen er over vandet, må det antages at udgøre en fejlkilde. Det der sker er, at en del af den energi som bruges til at smelte isen kommer fra luften. Det vil sige at alt energien som bruges til at smelte isen ikke ville komme til udtryk i form af en temperatur ændring i vandet. Da det er temperatur ændringen i vandet som benyttes som ”måleenhed” for den forbrugte energi vil resultatet ikke være nøjagtig. En anden mulig fejlkilde er den, at vandet er lunkent. Det vil sige at, vandet i bægret er varmere end temperaturen i luften. Vandet vil afgive energi til luften, frem til det punkt hvor vandet og luften har samme temperatur. Som den før nævnte fejlkilde, vil denne også resultere i en temperatur ændring af vandet som ikke er påvirket af isen. Derfor må dette også medregnes som en fejlkilde. Den sidste som jeg vil nævne, er en fejlkilde som formentlig ikke vil udgøre risiko for en stor unøjagtighed. Forsøget er fortaget ud fra den antagelse at hele massen af isen er 0 grader celsius. Men jeg vil formode, at midten af isklumpen ikke har nået den temperatur. Her er det igen luften som spiller ind. Energien fra luften vil begynde at smelte den yderste del af isen før hele massen har nået den ønskede temperatur på 0 garder celsius. Derfor holder udregningerne ikke helt da, de er baseret på at hele massen er 0 grader celsius.

Flot forklaring. Så længe vandets temperatur er over stuetemperatur vil vandet afgive varme til luften. Men hvis vi under forsøget prøver at få slut temperaturen til at være lige så mange grader under stuetemperaturen, som start temperaturen var over stuetemperatur, vil vandets varme afgivelse og optagelse udligne hinanden. Det var dog ikke tilfældet i dit forsøg.

Side 7

Isens smeltevarme [navn fjernet]

Side 7 af 7

Konklusion

Jeg er igennem forsøget kommet frem til resultater, som afviger fra den opgivet tabel værdi for isens smeltevarme. Jeg er kommet frem til et resultat som virker troværdigt hvis man medregner fejlprocenten på baggrund af de nævnte fejlkilder, herunder luftens indvirkning på forsøget.

Meget flot rapport. Alt bliver forklaret i detaljer og opstillingen er meget overskuelig.

Specielt er din forklaring af fejlkilderne god. Du skriver også rapporten i et godt ”fysiksprog”.

Michael