Specifik varmekapacitet - messing | Fysik A

Side 1

[navn fjernet] 1.x Afleveret 8/12-2009

Fysik Rapport Makkere: Thomas og Morten

1

Rapport om bestemmelse af et stofs specifikke varmekapacitet

Formål

At bestemme den specifikke varmekapacitet for et ukendt metal.

Teori

Et metal (såvel som andre stoffer), som placeres i vand, vil efterhånden få samme temperatur som vandet. Altså:

CC °=°
 metalvand

Vands specifikke varmekapacitet (c) er

°/ CKg

4180 J

, mens metallets c-værdi er ukendt. Hvis metallet indledningsvis har højere temperatur end vandet, vil vandet modtage fra metallet under

° Ckg

4180 J antagelse af at der er energibevarelse. Ved denne antagelse gælder altså følgende:

=          )()( VandEMetalE
   tilførtmistet

Hvis vi måler vandets og metallets temperaturændringer (Δt vand metal og

Δt

) kan vi udregne metallets specifikke varmekapacitet ved brug af formlen:

Δ−⋅ tm_{metalmetal})( Δ−⋅ tm_{metalmetal})(

vandE)(

)( ctcmtcm =⇔Δ−⋅⋅=Δ⋅⋅ =

tilført

Δ⋅⋅ tcm
  vandvandvand

metalmetalmetalmetalvandvandvand

Hvis metallet indledningsvis har lavere temperatur end vandet, vil vi også kunne bruge ovenstående ligning, men Δt-værdierne vil skifte fortegn.

Materialer og metoder

Vi brugte følgende materialer:

- Termometer

- El-vandkoger

- Vægt

- Bægerglas

- Metalklump med tilhørende snor

Side 2

[navn fjernet] 1.x Afleveret 8/12-2009

Fysik Rapport Makkere: Thomas og Morten

2

Vi lavede 2 forsøg (gentagelser) med bestemmelse af et metals c-værdi

Beskrivelse af forsøgets gang.

Vi satte først en ubestemt mængde vand over i el-vandkogeren og puttede en klump af det ukendte metal ned i kanden. Der var en snor i metallet således at det var muligt at holde metallet væk fra varmelegemet. Vandet fik lov til at koge, hvorpå kedlen slog fra. Straks derefter fyldte vi en kendt

(afvejet) vandmængde i bægerglasset og målte vandtemperaturen i bægerglasset. Så målte vi vandtemperaturen i el-vandkogeren, hvorpå vi straks løftede metalstykket op (vha. snoren) og puttede det ned i bægerglasset. Vi flyttede også termometeret over i bægerglasset. Vi aflæste termometeret løbende indtil vandtemperaturen stoppede med at vokse. Vi noterede sluttemperaturen.

Da vi gentog forsøget var vi især opmærksomme på at holde metalstykket væk fra varmelegemet under opvarmningen i vandkedlen.

Resultater

I nedenstående tabel ses resultater fra de 2 delforsøg. Symbolernes betydning og beregningerne af E og E er som vist i teoriafsnittet.

udnyttet tilført

Variabel Delforsøg 1 Delforsøg 2 (gentagelse)

(ukendt metal) (samme ukendte metal) m, kg vand

0,2700 0,2545

Starttemperatur vand, °C

24,3 | 24,0

Sluttemperatur vand, °C

34,0 | 33,0

Δt, °C vand

34-24,3=9,7 33,0-24,0=9,0

E (vand) 4180 J 4180 J tilført

270.0 =°⋅ kg 9,107.9 ⋅ kJC 2545,0 =°⋅ Kg 57,90,9 ⋅ kJC
° Ckg / ° CKg

m, kg metal

0,200 0,200

Starttemperatur metal

,

°C

89,0 | 89,0

Sluttemperatur metal,°C

34,0 | 33,0

-Δt, °C metal

89,0-34,0=55,0 89,0-33,0=56,0

Figur 1. Opvarmning af metalstykke i el-vandkogeren. Vha. snoren holdes metalstykket i god afstand fra varmelegemet. Vi var ekstra opmærksomme herpå da vi gentog forsøget.

Side 3

[navn fjernet] 1.x Afleveret 8/12-2009

Fysik Rapport Makkere: Thomas og Morten

3

Specifik varmekapacitet 9,10 kJ c metal

°= CkgJ)/(990

⋅° 200,00,55 kgC

°= CkgJ)/(854

⋅° 200,056 kgC

57,9 kJ

                                                                         ◦
Det fremgår af tabellen, at vi har bestemt metallets varmekapacitet til henholdsvis 990J/kg/ C og

       ◦
854J/kg/ C.

Fejlkilder

1. Metallet kan have rørt ved el-vandkogerens varmelegeme. Dette vil bevirke, at den målte Δt er for lille og at den udregnede c dermed bliver for stor.

metal metal

2. Termometerets føler har ikke nået at indstille sig på temperaturen i bægerglasset. Hvis termometeret er påvirket af den høje temperatur i el-vandkogeren, vil det medføre, at vi

bestemmer en for høj Δt hvilket vil bevirke at c_{metal} bliver for høj.

vand,

3. Varmetab til omgivelserne mens metallet ligger i vandet, dvs. at forudsætningen om energibevarelse i systemet bestående af vand og metal ikke holder. Dette vil bevirke, at der tilføres mindre energi til vandet og at den udregnede c bliver for lille.

metal

4. Der tilføres ekstra varme til bægret med koldt vand med termometeret og fordi metalstykket er vådt når det flyttes. Fejlen vil betyde at den bestemte c bliver for stor.

metal

5. Sluttidspunktet for bestemmelse af vandets temperaturstigning var muligvis ikke korrekt, idet termometeret reagerede meget langsomt. Vi har derfor muligvis aflæst en forkert temperaturstigning for vandet. Det er svært at vurdere om dette trækker i retning af for høj eller for lav c metal.

Diskussion og konklusion

Ved forsøgets afslutning fik vi oplyst, at det ukendte metal var messing, og vi fik oplyst en specifik

                                ◦
varmekapacitet for messing på 390 J/kg/ C. Jeg har tjekket denne værdi på Wikipedia og den ser ud

til at være korrekt. Der er med andre ord stor afvigelse mellem den specifikke varmekapacitet vi har bestemt og tabelværdien for messing (afvigelse på hhv. 154% og 119%).

Figur 2. For at mindske varmetabet til omgivelserne og komme så tæt på energibevarelse som muligt, blev der placeret et omvendt polystyren bægre ovenover bægret med vand og metalstykket.

Side 4

[navn fjernet] 1.x Afleveret 8/12-2009

Fysik Rapport Makkere: Thomas og Morten

4

Min umiddelbare tanke er, at vi må have målt på et andet metal end messing, et metal med højere varmekapacitet. Jeg kan dog ikke finde nogle passende gullige metaller i de opslagsværker, jeg har adgang til (fysikbogen og Wikipedia). Så denne tanke forkaster jeg.

Fejlkilde nummer 1 kunne potentielt forklare afvigelsen. Men vi er helt sikre på, at metallet ikke rørte varmelegemet, i hvert fald ikke i gentagelsen af forsøget, hvor vi var meget opmærksomme på denne fejlkilde. I det første eksperiment har metallet muligvis rørt ved varmelegemet, hvilket muligvis kan forklare, at vi målte højere c metal i første eksperiment end i gentagelsen.

Fejlkilde nummer 2 kan muligvis også forklare afvigelserne. I denne forbindelse skal det bemærkes, at vi registrerede faldende temperaturer i bægerglasset, ikke stigende som forventet. Der er altså noget det tyder på, at instrumentet ikke har indstillet sig helt fra situationen i el-vandkogeren til situationen i bægerglasset. Det er muligvis denne fejl, der har resulteret i de fejlagtige resultater.

Perspektivering

1. Jeg vil ikke flytte mit termometer fra den varme el-vandkoger og ned til bægerglasset, men i stedet arbejde med et termometer, der i forvejen er i ligevægt med bægerglassets temperatur.

Eller (endnu bedre): Jeg vil arbejde med et termometer, der indstiller sig meget hurtigere end det vi brugte. Og så vil jeg sikre mig, at temperaturen er voksende, inden jeg aflæser sluttemperaturen.

2. Vi bør have mere tid til at gennemføre (og gentage) vore forsøg (selve eksperimenterne), således at vi kan minimere både tilfældige og systematiske fejl.

3. Hvis jeg skulle lave forsøget igen, ville jeg foretrække at vide, hvilket metal jeg arbejder med, således at jeg hurtigt kan kontrollere mine resultater.