[navn fjernet] 2.k Fysikrapport: Isens smeltevarme 25-09-09
1
Isens smeltevarme
[navn fjernet] 2.k
2.G, fysik C-niveau
Hold:
25-09-09
[navn fjernet] 2.k Fysikrapport: Isens smeltevarme 25-09-09
2
Formål
Formålet med forsøget er at bestemme isens smeltevarme i den udførte forsøgsopstilling. Ved
hjælp af nogle kendte energiformler, kan vi ud fra vores data beregne smeltevarmen.
Teori
Det essentielle i tanken bag forsøget er, at man har en mængde afgivet energi, som også bliver
modtaget samme sted. Og det er præcis den samme mængde energi, som bliver afgivet og
modtaget, hvis vi havde et isoleret system. Netop pga. et isoleret system så vil der ikke gå nogen
energi tabt eller forsvinde ud af beholderen, og derfor er det ensbetydende med, at:
Det er dog kun i teorien, men det er dog den teori vi arbejder ud fra, når vi regner på vores
forsøgsdata. Da vi går ud fra at vores beholder er et isoleret system, kan vi benytte denne teori.
Man har altså en bestemt mængde vand og isklumperne. Det fungerer på den måde, at vandet
indeholder en bestemt energi, som afgives til isklumperne, som modtager energien og derfor
opvarmes de. Vi kender energiligninger for hhv. vandet, isklumpen og isvandet.
Vand:
Isklump:
Isvand:
Da det er T
2
-0, er fordi at isklumpen (T
1
) fra start er 0 grader. Derfor måler man efter
sluttemperaturen, og derfor ganger man bare med sluttemperaturen. Jeg ved fra tabelværdien, at
c (varmekapaciteten) for vand er 4180.
Da jeg ved, at den modtagne energi er lig med den afgivne, så kan jeg altså lægge mine tre
energiværdier sammen, også burde det i teorien give 0, fordi vi arbejder ud fra et lukket system.
Altså fordi at der præcist vil være ligeså meget afgivet energi, som der vil blive modtaget.
Så sætter jeg ligningen op og isolerer
.
[navn fjernet] 2.k Fysikrapport: Isens smeltevarme 25-09-09
3
Smeltevarmen er altså givet ved ovenstående formel.
Materialer
- En isoleret beholder (en beholder som er indrammet i flamingo for at øge effektiviteten af det
ønskede isolerede system)
- Termometer
- Vægt
- Isklumper
- Servietter (til at tørre vandet af de smeltede isklumper af med)
Tegning af forsøgsopstillingen er vedhæftet bagerst i rapporten.
Fremgangsmåde
Den første ting vi gjorde var at bestemme massen for den beholder vi brugte
. Derefter
noterede vi værdien i vores skema. Derefter fyldte vi beholderen med vand, som lå ca. 3 °C over
stuetemperaturen (i hvert fald i det første forsøg). For derefter at bestemme massen af vandet,
vejede vi nu beholderen med vand i og trak den masse med beholderens masse uden vand i. Så
tog man
og derefter
. På den måde fik vi vandets masse. Det
blev også noteret i skemaet. Så målte vi temperaturen på vandet, som vi kaldte for t
1
(starttemperaturen) og noterede i skemaet. Isklumperne som vi opbevarede i isvand for at bevare
dem på 0 °C, tørrede vi af for at undgå væske, som lå over frysepunktet. Derefter lagde vi forsigtigt
isklumperne ned i bægeret, da det ikke måtte sprøjte over. Derefter røres der rundt indtil al isen
[navn fjernet] 2.k Fysikrapport: Isens smeltevarme 25-09-09
4
var smeltet og derefter noterede vi t
2
(sluttemperaturen). Derefter vejede vi den nye masse af
beholderen (da der nu også var isvand i). Og til sidst beregnede vi massen isvandet.
Vi gjorde det derefter to gange mere for at optimere forsøget ved at få dem til at være
symmetriske omkring stuetemperaturen. Mængden af is og valg af starttemperaturen var det vi
varierede med.
Resultater
B
m
VB
mm
V
m
isVB
mmm
is
m
1
t
2
t
kg
kg
kg
kg
kg
C
0
C
0
1, 3 iskl.
0,172 kg
0,471 kg
0,299 kg
0,5 kg
0,029 kg
31°
21,7°
2, 6 iskl.
0,172 kg
0,393 kg
0,221 kg
0,455 kg
0,062 kg
38°
14,9°
3, 5 iskl.
0,172 kg
0,406 kg
0,234 kg
0,457 kg
0,057 kg
38°
22,4°
Bearbejdning af resultater
Jeg ved, at tabelværdien for smeltevarme er 334 kJ/kg, og skal ved hvert forsøg udregne den
relative afvigelse ud fra følgende formel:
Jeg finder smeltevarmen for hvert af de tre forsøg og bruger formlen:
[navn fjernet] 2.k Fysikrapport: Isens smeltevarme 25-09-09
5
1. forsøg med 3 isklumper:
Da
er angivet i kJ/kg, skal jeg huske at dividere resultatet med 1000.
Smeltevarmen i dette forsøg er altså 310 kJ/kg.
Jeg udregner den relative afvigelse:
Afvigelsen er altså ca. 7 % fra den oprindelige tabelværdi.
2. forsøg med 6 isklumper:
[navn fjernet] 2.k Fysikrapport: Isens smeltevarme 25-09-09
6
Afvigelsen er altså ca. 15 % og betydeligt større end det første forsøg.
3. forsøg med 5 isklumper:
Afvigelsen i dette forsøg er helt oppe på 47,88 %, hvilket er ret meget for et forsøgsresultat.
Diskussion
Der var stor forskel på vores forsøgs afvigelse fra tabelværdien. Dette skyldtes at vi rent faktisk
prøvede at benytte teorien, at det skulle være et isoleret system (og derfor måtte den afgivne
energi = modtagne). Vi forsøgte derfor at få starttemperaturen (t
1
) og sluttemperaturen (t
2
) til at
være symmetriske omkring stuetemperaturen, som var 28 °C. I det første forsøg fik vi en afvigelse
på ca. 7 %, som faktisk er rimeligt ift. de omstændigheder, vi arbejder under. De to næste forsøg
tænkte vi så på, at hæve starttemperaturen og dermed lægge flere isterninger i. Med en
afvigelsesprocent på først 15 % og derefter hele 47 %, så må man altså konstatere, at det gik knap
så godt. Da det trods alt kun er et skoleforsøg uden diverse teknologiske instrumenter, så må man
altså gå ud fra, at den mest sikre metode til at få et ordentligt resultat i forhold til tabelværdien.
Det er klart, at når man først begynder at hæve temperaturen og lægger flere isterninger i, så er
risikoen for, at det går galt meget større idet selve temperaturen vil være i stand til at variere langt
mere. Derfor bør man nok ikke forsøge med en meget højere starttemperatur end
stuetemperaturen, og heller ikke forsøge at lægge flere isterningerne i vandet. Hvis man derimod
vil prøve at korrigere forsøget for at få temperaturerne til at være symmetriske omkring
stuetemperaturen, så bør man forsøge at ændre massen af vandet.
[navn fjernet] 2.k Fysikrapport: Isens smeltevarme 25-09-09
7
Netop en fejlkilde som er ret essentiel i dette forsøg, kan være skyld i at vores tredje forsøg gik
grueligt galt. Nemlig luften som omringer os. Vi har netop ikke dette lukkede system, som gør
vores forsøg helt sikkert, vi prøver blot at gøre det mere sikkert ved hjælp af flamingo isoleringen.
Den luft vi havde omkring os var cirka de her 28 °C, som er relativt meget i forhold til opvarmning
af isterninger. Netop derfor er det ikke kun vandet, som smelter klumperne, men også luften
omkring, som medvirker til det. I det lufttemperaturen også kan variere, hvis et vindue nu står
åbent, så kan man altså over flere forsøg få vidt forskellige resultater. I det ene forsøg har der
måske været en kold vind ude fra, som har gjort opvarmningen af isklumperne langsommere, og
derfor får man en lavere sluttemperatur. Hvis man derimod havde vinduet lukket, så ville
opvarmningen af isklumperne gå hurtigere med varm luft, og det ville altså både bevirke
temperaturen på selve vandet samt opvarmningen af isklumpen. Det er netop forsøgets omgang
med omgivelserne, som gør, at vores ligning (afgiven energi = modtagen energi) ikke passer, idet
der også afgives energi til luften. Idet vi ved fra fysikkens love, at energi ikke bare kan forsvinde
inde i et lukket system, så kan man altså konkludere, at netop omgivelserne har en altafgørende
rolle inde for dette forsøg.
Desuden er is også lettere end vand, og det får isklumperne til at flyde ovenpå og lægge sig i
overfladen, hvilket bevirker, at den får kontakt til luften, som dermed hjælper til opvarmningen af
isklumperne.
Konklusion
Selve formålet med forsøget blev helt klart opfyldt, idet smeltevarmen blev fundet. Jeg vil især
fremhæve det første forsøg for at være det mest succesfulde, da det var den smeltevarme, som lå
tættest på tabelværdien. Specielt det tredje forsøg var dårligt, pga. den store risiko ved at forsøge
at have den 10 °C over stuetemperaturen og 10 °C under. At få det til at passe er noget af en
udfordring. Så er det klart bedre at gå efter de små værdier, hvor udfaldene ikke er så store.
Udførelsen af forsøget var også meget simpel, hvilket bevirkede til at selve udformningen af
rapporten har været uden diverse komplikationer.