Studiekompasset.dkKlasse: STX 1.g · Fag: Fysik C
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 1 af 9
Specifik smeltevarme
Formål:
Formålet med forsøget var at bestemme den specifikke smeltevarme for is (H
2
O), og ved hjælp af
forsøg prøve at få vores forsøgsresultater til at komme så nær den teoretiske specifikke smeltevarme
for H
2
O som muligt.
Apparaturliste:
Et termobæger, et termometer, en vægt, vand fra vandhanen og isterninger ved 0°C
Teori:
Specifik smeltevarme vil sige den energimængde der skal tilføres for at få et stof til at gå fra fast- til
flydende stof, i vores tilfælde fra is til vand.
Den generelle formel for specifik smeltevarme ser således ud:
m
E
L
Vi ved også at
TcmTCE
Dvs. formlen kommer til at se ud som følger:
m
Tmc
L
i vores tilfælde:
)(
)(
,
vbland
blandvvv
iss
mm
TTmc
L
Faseovergange:
Efterhånden som isterningerne bliver varmet op af vandet vil de smelte, for til sidst at forsvinde
helt. Når isterningerne går fra at være is til vand sker der det, man kalder en faseovergang – altså en
overgang fra fast til flydende fase.
I fast-fasen er atomerne bundet til hinanden, og forbliver desuden på samme indbyrdes pladser.
I væske-fasen er atomerne stadig bundet til hinanden, men dog så løst at de kan bevæge sig.
I gas-fasen er bindingerne brudt og atomerne bevæger sig tilfældigt rundt.
Man har overvåget en isklump, der blev udsat for en jævn opvarmning. Dette gav nedenstående
resultat:
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 2 af 9
Som man kan se, steg isens temperatur rimeligt hurtigt til frysepunktet. Her blev den dog til al isen var
smeltet, hvorefter den igen steg. Da vandets temperatur nåede 100°C holdt den sig igen stabil indtil al vandet
var fordampet. Dette skyldes, at en faseovergang kræver en stor energimængde. I dette tilfælde bliver al
energien brugt til at smelte/fordampe vandet, så der var simpelthen ingen mulighed for en opvarmning
førend faseovergangene var færdige.
Ud fra denne graf kan man konkludere, at en blanding af is og vand har temperaturen 0°C. Denne
regel blev der gjort brug af; før vi puttede isterningerne i vandet, da de havde ligget i lokalet indtil
de begyndte at smelte – derved burde temperaturen være meget nær 0°C!
Fremgangsmåde:
Vi fyldte vores bægerglas med en vilkårlig mængde vand fra vandhanen, satte det på vægten,
aflæste massen (m
vand
) og målte temperaturen (T
vand
) med termometeret. Så tog vi en isterning fra
bakken, som havde stået i stuetemperatur i et stykke tid for at smelte og blive våde. Herved var
temperaturen nemlig 0°C. Vi tørrede isterning i et håndklæde for at sikre os den var fri for
smeltevand, puttede den i glasset og ventede på at den smeltede. Derefter aflæste vi
blandingstemperaturen (T
bland
) og massen for blandingen (m
bland
).
Målinger:
m
vand
T
vand
m
bland
T
bland
L
s,is
g
°C
g
°C
kJ/kg
298,3
22
306,5
19,5
380,1
184,5
16,7
192,7
12,5
395
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 3 af 9
270
18,3
280
14,9
383,7
L
s,is
i ovenstående skema er udregnet efter følgende formel, hvor c
vand
=
CkgkJ /180,4
er den
specifikke varmekapacitet for vand og L
s,is
er den specifikke smeltevarme for is:
)(
)(
,
vbland
blandvvandvand
iss
mm
TTmc
L
Jeg vil her vise et eksempel på en resultatberegning:
)2983,03065,0(
)5,1922(2983,0/180,4
,
kgkg
CCkgCkgkJ
L
iss
L
s,is
= 380,1kJ/kg
Resultatbehandling:
m
vand
T
vand
m
bland
T
bland
L
s,is
%-afvigelse
g
°C
g
°C
kJ/kg
%
298,3
22
306,5
19,5
380,1
13,7
184,5
16,7
192,7
12,5
395
18,1
270
18,3
280
14,9
383,7
14,7
Formel for udregning af procentafvigelsen mellem vores målte resultater og den teoretiske værdi
(L
s,is,teori
) som er 334,4kJ/kg:
%100%
,,
,,,
teoriiss
teoriississ
L
LL
afvigelse
gennemsnitlig %-afvigelse =
3
%7,14%1,18%7,13
= 15,5%
Diskussion:
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 4 af 9
Efter at se på %-afvigelsen kan man aflæse at differencen mellem L
s,is
og L
is,teori
er rimelig stor. Den
gennemsnitlige procentafvigelse kan man aflæse til 15,5%, hvilket er meget højt. Jeg vil dog mene
at det er svært at få ens egne målinger til at nærme sig den teoretiske værdi med meget stor
nøjagtighed, p.g.a. der skal tages højde for mange elementer, hvilket også medfører at der er mange
mulige fejlkilder.
Selve problemet er, at den smule vand, der muligvis sad på isen, ikke skal undergå nogen
faseovergang, hvorved resultatet selvfølgelig forvrænges. Selvom vi tørrede dem af kan der også
hurtigt have dannet sig nyt vand, da vi var i et rum med stuetemperatur (25°C), så jeg tror ikke, at vi
har været helt fri for denne fejl.
Jeg vil ikke mene at der er nogen grund til at stole mere på én måling end på de andre. Dette
begrunder jeg med at forsøgene er foretaget med meget kort mellemrum, og under nøjagtig de
samme omstændigheder.
Som man kan se ligger alle tre målinger over den teoretiske værdi, men differencen mellem vores
målinger er ikke særlig stor, taget i betragtning af hvor langt de kunne have været.
Inden vi udførte forsøget, troede jeg at vi kunne nærme os den teoretiske værdi, med blot nogle få
procents afvigelse, men det viste sig at være ukorrekt.
Hvis vi inden forsøget havde udtænkt nogle mulige fejlkilder, havde vi kunne tage højde for dem,
og på den måde få vores målinger til at være mere præcise.
Fejlkilder:
Da isterningerne tages fra en fryser hvor temperaturen er –18°C og derefter ligges til at tø
op, er temperaturen ikke ens hele vejen gennem isterningen.
Selvom bægeret er en forholdsvis god varmeisolator, holder det jo stadig ikke 100% på
varmen, og da der heller ikke er låg på bægeret vil luften hjælpe med til at smelte isen,
derved vil vores endelige resultat blive mindre.
Det kan også være at vi ikke har fået tørret isklumpen ordentligt af, så vi faktisk også har
tilført en sjat vand som vil påvirke resultatet, eller isterningen, p.g.a. stuetemperaturen har
dannet nyt vand, på den måde at vores endelige resultat forvrænges.
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 5 af 9
Luften kan også have optaget energien som ellers skulle have været brugt på at smelte
isterningen
Konklusion:
Jeg kan hermed konkludere at forsøget forløb forholdsvis vellykket. Dog havde vi ikke taget højde
for mulige fejlkilder, hvilket gjorde at vores målinger afvigede med 15,5% fra den teoretiske værdi.
Men alt i alt fik opnået hvad vi ville med forsøget. Nemlig ved hjælp af målinger prøve at
bestemme den specifikke smeltevarme for is.
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 6 af 9
Specifik fordampningsvarme
Formål:
Formålet med forsøget var at bestemme den specifikke fordampningsvarme for vand (H
2
O), og ved
hjælp af forsøg prøve at få vores forsøgsresultater til at komme så nær den teoretiske specifikke
fordampningsvarme værdi for H
2
O som muligt.
Apparaturliste:
Dyppekoger, bægerglas, vægt, stopur, vand
Teori:
Specifik fordampningsvarme vil sige den energimængde der skal tilføres for at få et stof til at gå fra
flydende stof- til gas, i vores tilfælde fra vand til vand-damp.
Den generelle formel for specifik fordampningsvarme ser således ud:
m
E
L
f
vi ved også at
tPE
Dvs. formlen kommer til at se ud som følger:
m
tP
L
f
i vores tilfælde:
)(
,
efterfør
dyppekoger
vandf
mm
tp
L
Fremgangsmåde:
Vi startede med at aflæse dyppekogerens effekt. derefter placerede vi et bægerglas med vand på
vægten og opvarmede det til 100°C v.h.a. en dyppekoger, som blev placeret nede i glasset. På
samme tid noterede vi massen (m
før
) og startede stopuret, og ventede til 60 sekunder var gået. Dér
aflæste vi igen massen (m
efter
).
Målinger:
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 7 af 9
t
m
før
m
efter
L
f,vand
s
g
g
kJ/kg
60
250
242.2
2307,7
60
220
211.4
2093
60
190
181,9
2222,2
L
f,vand
i ovenstående skema er udregnet efter følgende formel, hvor P
dyppekoger
= 300 J/s, som er
dyppekogerens effekt. L
f,vand
er den specifikke smeltevarme for vand:
)(
,
efterfør
dyppekoger
vandf
mm
tp
L
Jeg vil her vise et eksempel på en resultatberegning:
)2502,252(
60/300
,
gg
ssJ
L
van df
gJL
vandf
/7,2307
,
=
kgkJ /7,2307
Resultatbehandling:
t
m
før
m
efter
L
f,vand
%-afvigelse
s
g
g
kJ/kg
%
60
250
242.2
2307,7
2,1
60
220
211.4
2093
-7,4
60
190
181,9
2222,2
-1,7
Formel for udregning af procentafvigelsen mellem vores målte resultater og den teoretiske værdi
(L
f,vand,teori
) som er 2260kJ/kg:
%100
||
%
,,
,,,
teorivandf
teorivandfvandf
L
LL
afvigelse
gennemsnitlig %-afvigelse =
3
%7,1%4,7%1,2
= - 2
3
1
%
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 8 af 9
Diskussion:
Efter at se på %-afvigelsen kan man aflæse at differencen mellem L
f,vand
og L
f,vand,teori
er forholdsvis
lav. Den gennemsnitlige %-afvigelse er 3,73%, hvilket ikke er særlig meget i forhold til vores første
forsøg om specifik smeltevarme. Jeg vil mene at vores forsøg er særdeles vellykket. Dog er der én
af vores målinger der afviger med 7,4% fra den teoretiske værdi. Dette kan skyldes nedenstående
fejlkilder. Jeg vil mene at vores forsøg er utrolig godt udført, taget i betragtning af at vi var under
tidspres. Ligesom i forsøget med specifik smeltevarme, vil jeg stadig ikke mene, at der er nogen
grund til at stole mere på én måling end på de andre. Dette begrunder jeg med at forsøgene er
foretaget med meget kort mellemrum, og under nøjagtig de samme omstændigheder. Inden vi
udførte forsøget havde jeg en forestilling om at vores målinger ville ligge langt ved siden af den
teoretisk. Bl.a. p.g.a. vores mindre vellykkede forsøg vi havde foretaget nogle minutter før. Men det
viste sig at jeg blev positivt overrasket.
Grunden til forskellen på %-afvigelsen af vores målinger kan til dels skyldes følgende fejlkilder:
Fejlkilder:
Fordampningen af vandet skete rimelig uregelmæssigt, så massen for vandet i glasset faldt
og steg konstant. Dette kan have endt i nogle upræcise aflæsninger
I tilfældet hvor vores målte- var højere end den teoretiske værdi for vands specifikke
fordampningsvarme, kan det skyldes at der er blevet tilført energi fra omgivelserne til at
opvarme vandet
I tilfældet hvor vores målte- var lavere end den teoretiske værdi for vands specifikke
fordampningsvarme, kan det skyldes at energien fra dyppekogeren ikke udelukkende er
blevet afgivet til vandet. Dvs. luften optog noget af energien.
[navn fjernet] d.14. nov. 2003
BG forsøgsdato d.3. nov. 2003
Emil Olsson, Jannik Nielsen, Tor Leeberg og Bo Larsen 9 af 9
Konklusion:
Jeg kan hermed konkludere at forsøget forløb utrolig vellykket. Dog var vi som sagt under tidspres.
Dette kan sammen med fejlkilderne forklare upræcisionen i vores målinger. Vi fik opnået det som
var formålet med forsøg. Nemlig at undersøge og ved hjælp af målinger bestemme den specifikke
fordampningsvarme for vand.
Alt i alt forløb begge forsøg godt. Jeg er personligt tilfreds med både udførelsen, målingerne og
samarbejdet.