[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:
metalvand
CC
Vands specifikke varmekapacitet (c) er
CKg
J
/
4180
, mens metallets c-værdi er ukendt. Hvis metallet
indledningsvis har højere temperatur end vandet, vil vandet modtage
Ckg
J
4180
fra metallet under
antagelse af at der er energibevarelse. Ved denne antagelse gælder altså følgende:
)()( VandEMetalE
tilførtmistet
Hvis vi måler vandets og metallets temperaturændringer (t
vand
og
t
metal
) kan vi udregne metallets
specifikke varmekapacitet ved brug af formlen:
)(
)(
)(
)(
metalmetal
tilført
metalmetal
vandvandvand
metalmetalmetalmetalvandvandvand
tm
vandE
tm
tcm
ctcmtcm
Hvis metallet indledningsvis har lavere temperatur end vandet, vil vi også kunne bruge ovenstående
ligning, men t-værdierne vil skifte fortegn.
Materialer og metoder
Vi brugte følgende materialer:
- Termometer
- El-vandkoger
- Vægt
- Bægerglas
- Metalklump med tilhørende snor
[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
udnyttet
og E
tilført
er som vist i teoriafsnittet.
Variabel
Delforsøg 1
(ukendt metal)
Delforsøg 2 (gentagelse)
(samme ukendte metal)
m
vand
, kg
0,2700
0,2545
Starttemperatur vand, C
24,3
24,0
Sluttemperatur vand, C
34,0
33,0
t
vand
, C
34-24,3=9,7
33,0-24,0=9,0
E
tilført
(vand)
kJC
Ckg
J
kg 9,107.9
4180
270.0
kJC
CKg
J
Kg 57,90,9
/
4180
2545,0
m
metal
, kg
0,200
0,200
Starttemperatur metal
,
C
89,0
89,0
Sluttemperatur metal,C
34,0
33,0
-t
metal
, C
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.
[navn fjernet] 1.x Afleveret 8/12-2009
Fysik Rapport Makkere: Thomas og Morten
3
Specifik varmekapacitet
c
metal
)/(990
200,00,55
9,10
CkgJ
kgC
kJ
)/(854
200,056
57,9
CkgJ
kgC
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
t
metal
er for lille og at den udregnede c
metal
dermed bliver for stor.
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 t
vand,
hvilket vil bevirke at
metal
c
bliver for høj.
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
metal
bliver for lille.
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
metal
bliver for stor.
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.
[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.