Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
Isens smeltevarme
- eksperiment med rapport
Lærer: Nikolaj Melander
Den 15.01.10
STX 1.g
1.Y Øregård Gymnasium
_____________________________________________________________________
side 1 af 9
Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
Isens smeltevarme
- eksperiment med rapport
Øvelsens formål
Vi vil finde ud af, hvor meget varme/energi isen vil give vandet. Altså definitionen på isens
smeltevarme. Isen er 0C og L
is
(smeltevarmen) er defineret som den energi pr. masse, der
skal til for at smelte isen. Dvs. smeltevarmen er den energi der skal tilføres 1 kg is ved 0C
for at smelte isen.
Teori
Is’ smeltevarme L
s
er givet ved 334kJ/kg. I dette forsøg skal vi eftervise denne værdi
eksperimentelt.
Vi smelter og opvarmer 0C kolde isterninger i et kaloriemeter og herefter bestemmer vi
temperaturændringen i den indre kalorimeterskål og –væske, når isterningen smelter og
opvarmes til sluttemperaturen, også kaldet fællestemperaturen.
Isen modtager energi til at smelte fra den indre kaloriemeterskål og –væske. Når isterningen
er smeltet, skal smeltevandet opvarmes fra de 0C til sluttemperaturen (fællestemperaturen).
Herefter opstiller vi en ligning om afgivet og modtaget varmemængde er lig hinanden ud fra
ideen om at systemet (inde kaloriemeterskål, kaloriemetervæske og isterning) er isoleret. Vi
kan måle alle størrelser undtagen isens smeltevarme, som er den størrelse man skal isolere ud
af ligningen.
_____________________________________________________________________
side 2 af 9
Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
Herunder ses det, hvordan jeg ved hjælp af en ligning har udledt L
s
(isens smeltevarme). Jeg
udleder isens smeltevarme, for at finde ud af, hvad isens smeltevarme er givet ved ifølge
mine måleresultater.
Q
1
= m
is
* L
s
Q
2
= m
is
* C
v
(t
slut
– 0)
Q
3
= m
indre
* C
indre
(t
start
– t
slut
) + m
v
* C
v
(t
start
– t
slut
)
Q
1
+ Q
2
= Q
3
m
is
+ m
is
* C
v
(t
slut
– 0) = m
indre
* C
indre
(t
start
– t
slut
) + m
v
* C
v
(t
start
– t
slut
)
m
is
* L
s
= m
indre
* C
indre
(t
start
– t
slut
) + m
v
* C
v
(t
start
– t
slut
) - m
is
* C
v
(t
slut
– 0)
L
smeltning
m
indre
c
indre
(T
start
T
slut
) m
vand
c
vand
(T
start
T
slut
) m
is
c
is
(T
start
0C )
m
is
Et (Q,T) – diagram er et diagram, som viser forholdet mellem den optagne/afgivende energi i
forhold til den aktuelle temperatur. Ud fra (Q,T) – diagrammet kan man bestemme
sluttemperaturen.
Herunder ses en skitse af mit (Q,T) – diagram hvorpå de forskellige symboler forekommer.
Skitse af (Q,T) – diagram
_____________________________________________________________________
side 3 af 9
Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
På denne figur vises der et (Q,T) – diagram, som består af de tre forskellige faser, is,
flydende og gasform (vanddamp). Her går energien til at få væsken over på gasform
(vanddamp) uden at temperaturen forøges.
Når man skifter fra en fase til en anden, foretages der en faseovergang og de steder med en
skrå streg, foretages der en temperaturændring.
(Q,T) - diagram
Se bilag.
Apparatur
Indre kaloriemeterskål
Ydre kaloriemeterskål
Vand
Termometer
Isterninger
Vægt
Forsøgsopstilling
_____________________________________________________________________
side 4 af 9
Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
Fremgangsmåde
Først måler vi den indre kaloriemeterskål (m
indre
) og noterer massen. Herefter hælder man ¾
vand i, så der er en god termisk kontakt mellem væske og den indre kaloriemeterskål, og vi
måler igen den indre kaloriemeterskål + vand. Vi trækker m
indre
fra således, at vi har massen
af vand (m
v
) tilbage. Bagefter
sætter man skålen ned i den ydre kaloriemeterskål, som sørger
for, at den indre kaloriemeterskål ikke afgiver varme.
Vi måler starttemperaturen med et termometer (t
start
), og vi bestemmer også massen af 3-4
isterninger (m
is
). De 3-4 store isterninger tørrer vi af med noget papir og lægger ned i vandet,
så vi får et stort temperaturfald og under isterningernes smeltning, skal man røre rundt med
termometret, så der ikke opstår vandlag med forskellige temperaturer. Når isterningerne er
smeltet, aflæses sluttemperaturen (t
slut
), også kaldt for fællestemperaturen.
Resultater
Nedenunder ses mine måleresultater for forsøget med isens smeltevarme. Da vi lavede
forsøget to gange, har jeg noteret alle måleresultater for de to forsøg i skemaerne:
Forsøg 1: Forsøg 2:
c
indre
=
0,380 kJ/(kg C)
m
indre
=
0,127 kg
m
v
=
0,350 kg
t
start
=
19,8C
t
slut
=
10,17C
m
is
=
0,039 kg
c
v
=
4,18 kJ/kg*K
Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
_____________________________________
________________________________
side 5 af 9
Behandling af måleresultater
Herunder ses mine måleresultater for den første måling, den anden måling og gennemsnittet,
som jeg har sat ind i formlen for L
s
(isens smeltevarme) fra teori-delen, som vi vil beregne
ud fra de foregående måleresultater.
L
smeltning
m
indre
c
indre
(T
start
T
slut
) m
vand
c
vand
(T
start
T
slut
) m
is
c
is
(T
start
0C )
m
is
Forsøg 1 med måleresultater:
Forsøg 2 med måleresultater:
For at gøre vores procentafvigelse lidt mere præcis, tager vi gennemsnittet af vores to
resultater, dvs.:
Sammenligning med tabelværdi eller beregning af udbytte
Den procentvis afvigelse:
c
indre
=
0,380 kJ/(kg C)
m
indre
=
0,127 kg
m
v
=
0,289 kg
t
start
=
20,06C
t
slut
=
7,08C
m
is
=
0,050 kg
c
v
=
4,18 kJ/kg*K
Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
_____________________________________________________________________
side 6 af 9
Fejlkilder
Den specifikke smeltevarme bliver ikke helt præcis, fordi at vi har dårlig isolering i
det anvendte kaloriemeter og den samlede energi bliver derfor ikke bevaret i et lukket
system.
Målingerne bliver unøjagtige, hvis der udveksles varme med luften.
Hvis der tilføres varme fra omgivelserne ind i kalorimeteret, bliver isens målte
smeltevarme for lille i forhold til den korrekte værdi.
Hvis man ikke rører rundt i vandet under isterningernes smeltning, kan der opstå
vandlag med forskellige temperaturer, og vi får derfor ikke en præcis måling.
Konklusion
Vores resultater i dette forsøg har været lidt upræcise og dem vi har fået, kan vi derfor ikke
forklare præcis, men vi kan konkludere, at de forskelle der er, enten må været kommet af, at
der har været isolering i det anvendte kaloriemeter eller hvis der tilføres varme fra
omgivelserne ind i kalorimeteret.
Alt i alt gik forsøget som forventet, og vi fik vist hvad vi ville, selvom vores målinger kan
have været en smule upræcise. Resultaterne ud fra vores forsøg kan vi konkludere til, at den
specifikke smeltevarme er relativ stor i forhold til vandets varmekapacitet, men ellers synes
jeg, at vi har fået et tilfredsstillende resultat, blot med nogle usikkerheder og unøjagtige
målinger, da vi har fået en procentvis afvigelse på –10%.
Fysik-rapport [navn fjernet] Gymnasium
_____________________________________________________________________
side 7 af 9