Vands specifikke varmekapacitet (varmefylde) - rapport i fysik

Side 1

Vands specifikke varme kapacitet

Formål:

At måle og derved finde vands specifikke varmekapacitet.

Teori:

Vi ved at man kan beregne hvor meget elektrisk energi der bliver brugt af et el apparat hvis man ved apparatets effekt og længden på tiden apparatet bliver brugt.

Derfor kan vi beregne den elektriske energi, der er gået til opvarmningen af vand, hvis vi bruger en elkoger til opvarmning af vandet.

Ved hjælp af denne formel kan vi udregne det elektriske energi forbrug. Hvor p er elkogerens effekt i watt og t er tiden i sekunder:

𝐸 = 𝑝 ∗ 𝑡

Vi ved også at man kan beregne den mængde energi som vandet har modtaget ved hjælp af formlen. Hvor ∆T er temperaturstigningen i °C, m er vandets masse i kg og c er vandets specifikke

varmekapacitet i_{𝑘𝑔∗°C}^{𝐽}:
𝐸 = 𝑐 ∗ 𝑚 ∗ Δ𝑇

Hvis vi regner med at alt den elektriske energi kun går til opvarmningen af vandet i sig selv,, kan man sætte de to ligninger lig hinanden:

𝑝 ∗ 𝑡 = 𝑐 ∗ 𝑚 ∗ Δ𝑇 ↔ Δ𝑇 =

𝑝 ∗ 𝑡 𝑐 ∗ 𝑚

Min hypotese vil være at den målte værdi vil være højere end tabel-værdien.

Materialer:

Elkoger

Effektmåler

Termometer

Vægt

Stopur

Teststof: Vand fra vandhane

Metode:

1. Opstil forsøget hvor elkedlen er tilsluttet effektmåleren som derefter er tilsluttet til en kontakt (som vist på tegning).

2. Mål massen af den tomme elkedel og noter derefter massen i kilogram.

3. Hæld vand i elkedlen (næsten helt fuld) og mål massen igen. Noter derefter massen i kilogram.

Side 2

4. Mål derefter effekten ved at tilslutte den elektriske energi indtil varmelegemet er opvarmet (ca. 6 sek.) og aflæs hvad der visses effektmåleren, sluk derefter igen for den elektriske energi.

5. Mål vandets temperatur i celsius.

6. Tænd for elkogeren i 30 sekunder og afbryd derefter den elektriske energi. Rør en smule rundt i vandet ved evt. at ryste den lide fra sidde til sidde (på den måde opnår vi at der vil værre en ensartet temperatur i hele kedlen). Mål den nuværende temperatur efter et par sekunder og noter den.

7. Tænd for elkedlen i 30 sekunder igen og afbryd derefter den elektriske energi. Rør en smule rundt i vandet ved evt. at ryste den fra sidde til sidde. Mål den nuværende temperatur efter et par sekunder og noter den.

8. Dette repeteres indtil at der første gang opnås en temperatur på over 90 grader.

9. Indsæt alle dine resultater i hjælpeskema.

Resultater:

Forsøg 1: t T ∆T i sekunder i °C i °C

0 21,0 0

30 30,1 9,1

60 | 39,2 | 18,2
90 | 48,5 | 27,5

120 | 57,3 | 36,3

150 66,8 45,8 m = 0,866 kg

180 | 76,5 | 55,5
210 | 84,5 | 63,5

240 92,0 71

Forsøg 2: t T ∆T i sekunder i °C i °C

0 21,2 0

30 33,0 11,8

60 | 46,6 | 25,4
90 | 58,0 | 36,8

120 | 69,6 | 48,4

150 81,0 59,8 m = 0,661 kg

180 | 91,4 | 70,2

P = 1210 W

P = 1210 W

Side 3

y = 0,3981x
R² = 0,9985

y = 0,3019x
R² = 0,9992

0

10

20

30

∆T (°C) 40

50

60

70

80

00 t (sekunder)

Temperatur stigning

Forsøg 2

Forsøg 1

Diagram:

Jeg har nu indsat mine resultater fra både forsøg 1 og forsøg 2 i et diagram. Ud fra punkterne har jeg derefter tilføjet en tendenslinje for begge grafer. Derved har jeg fundet hældningskoefficienten for begge rette linjer.

Databehandling:

Ved at sammenligne ligningen for en ret linje med ligningen for vores graf kan vi finde ud af hvad hældningskoefficienten helt bestem er:

Ligningen for vores grafer graf:

Ligning for en ret linje:

Derved kan vi konkludere at tendenslinjen er ret. Dette er den fordi at jeg har valgt at

                                                                          2
tendenslinjen skal krydse koordinatet (0,0), altså 0. Og samtidig fordi at forklaringsgraden r , som i

begge tilfælde er næsten lig 1, og derfor bekræfter at der er tale om en lineær sammenhæng, som krydser 0.

Forsøg 1:

Ligning for bedste rette linje: y=0,301x
Hældningskoefficienten for denne graf er aflæst i diagrammet, og er 𝑎 = 0,301^{℃}_{𝑠}

Forsøg 2:

Ligning for bedste rette linje: y=0,398x
Hældningskoefficienten for denne graf er aflæst i diagrammet, og er 𝑎 = 0,398^{℃}_{𝑠}

Side 4

Ved hjælp af hældningskoefficienten kan vi udregne vands specifikke varmekapacitet. Det kan vi ved hjælp af en formel hvor c er isoleret:

𝑎 = ↔ 𝑐 =

𝑝 𝑝 𝑐 ∗ 𝑚 𝑎 ∗ 𝑚

                                                𝐽
Tabel-værdi for vands specifikke varmekapacitet er: 4180
                                               𝑘𝑔∗℃

Forsøg 1:

                                                 1210 𝑤
Den fundne c værdi for forsøg 1 er fundet således: 𝑎 =    = 4627
                                                  ℃
                                                                  𝑘𝑔∗℃
                                             (0,302 ∗0,866 𝑘𝑔)
                                                  𝑠

𝐽

Afvigelse for forsøget: 4180_{𝑘𝑔∗℃}^{𝐽} − 4627_{𝑘𝑔∗℃} = −447

𝐽 𝐽 𝑘𝑔∗℃

Relativ afvigelse for forsøget er: ∗ 100 % = −10,7 %
                               𝐽
                          4180
                              𝑘𝑔∗℃

−447_{𝑘𝑔∗℃}

𝐽

Forsøg 2:

                                                 1210 𝑤
Den fundne c værdi for forsøg 1 er fundet således: 𝑎 =    = 4599
                                                  ℃
                                                                  𝑘𝑔∗℃
                                             (0,398 ∗0,661 𝑘𝑔)
                                                  𝑠

𝐽

Afvigelse for forsøget: 4180_{𝑘𝑔∗℃}^{𝐽} − 4559_{𝑘𝑔∗℃} = −419

𝐽 𝐽 𝑘𝑔∗℃

Relativ afvigelse for forsøget er: ∗ 100 % = −10,0 %
                               𝐽
                          4180
                              𝑘𝑔∗℃

−419_{𝑘𝑔∗℃}

𝐽

Diskussion

Inden jeg gik i gang med forsøget kunne jeg konkludere at der ville være en fejlkilde som ville påvirke mit forsøg i en negativ retning, nemlig at min målte værdi for vands specifikke varmekapacitet ville blive højere en den nævnte tabelværdi. Det vil den blive fordi at der vil gå mere elektrisk energi til at opvarme vandet begrund af det varmetab der ville være fra vandet af til fx elkedlen selv og derfra til den omkringliggende luft.

Derfor vil et forsøg som vare længere tid også være mere unøjagtig en et forsøg der vil vare kortere tid. Dette er fordi at der vil kunne nå at blive afgivet mere varme til den omkring liggende luft begrund af den forhøjede tidslængde.

Man ville kunne minimere denne fejlkilde og derved optimere forsøget ved at både isolere elkedlen, men også ved at have et kraftigere varmelegeme som ville kunne overføre energien til vandet hurtigere.

Side 5

En anden fejlkilde der vil være er at hver gang man slukker for strømmen vil der blive afgivet energi til den omkring liggende luft, uden at der bliver tilført energi til vandet. Efterfølgende vil

der gå tid (og derfor energi da J=w/s) til at varme vandet tilbage til temperaturen da strømmen

blev afbrudt, dermed vil der blive brugt dobbelt til på at opvarme den samme ∆T igen. Derfor vil

forsøget blive påvirket i en negativ retning, fordi der går mere tid/energi til opvarmningen,