STX 2.g
2.f Odense Katedralskole
Fysik rapport over forsøg med Isens smeltevarme
Rapport: Isens smeltevarme:
Formålet med forsøget:
Formålet med dette forsøg er at finde is’ smeltevarme ved at finde ud af, hvor meget energi pr.
masseenhed der skal til for at smelte is ved 0 ˚C.
Tegning af forsøgsopstilling m. navne på de anvendte remedier:
Fremgangsmåde:
Vi tog et termobæger, og fyldte det ca. 2/3 op med vand. Derefter vejede vi hvor meget vandet i
bægeret vejede. Så tog vi et stykke is og lagde det på et stykke køkkenrulle, så det kunne blive
varmet lidt op af varmen i rummet. Vi skulle have det så tæt på 0 ˚C som muligt. Derefter målte vi
vandets temperatur i bægeret, og smed isklumpen i. Så rørte vi rundt i bægeret indtil isen smeltede.
Temperaturen blev målt igen, og bægeret m. vand og smeltevand blev vejet.
Forsøget var nu færdigt, og vi fyldte tabellen ud med de målte værdier. Dette forsøg blev gentaget 2
gange.
2.f Odense Katedralskole
Fysik rapport over forsøg med Isens smeltevarme
Teoriafsnit:
Isens smeltevarme er den mængde energi der skal til for at smelte en bestemt mængde is ved 0 ˚C.
Det er ved 0 ˚C fordi is først begynder at smelte når temperaturen når 0 ˚C, og derved adskiller den
sig fra is’ varmefylde. Alternativt kan man også sige, at vi skal finde ud af hvor meget energi der
skal tilføres frossen vand før den laver en faseovergang til flydende form.
Vi kan regne den specifikke smeltevarme (L
is
), målt i kJ / kg, ud ved at dividere den tilførte energi
(
Δ
E
is
), målt i kJ, med massen (m
is
) af stoffet, målt i kg. L
is
er konstanten, hvilket vil sige at
Δ
E
is
er
proportional med m
is
. Problemet med denne formel er, at der er 2 ukendte størrelser, nemlig
Δ
E
is
og
L
is
. Vi vil dog bruge formelen senere.
Ligningen hedder så: L
is
=
Δ
E
is
/ m
is
.
Dermed gælder det også at
Δ
E
is
= L
is
.
m
is
Hvis man antager, at forsøget er lavet i et isoleret rum så rumtemperaturen (og eventuelle andre
faktorer) ikke kan få indflydelse i forsøget, så er
Δ
E
is
+
Δ
E
isvand
+
Δ
E
vand
= 0
De 3 tal giver ved addition 0, fordi E
modtaget
= E
afgivet
, altså er der en konstant mængde energi i det
lukkede forsøg. Det, der sker, er blot, at en af størrelserne afgiver energi til den anden størrelse
(som altså modtager energien).
Vi kan altså udnytte vores viden om at der ikke sker nogen ændring i energimængden til at regne
isens smeltevarme ud. Vi kan omskrive formlen
Δ
E
is
+
Δ
E
isvand
+
Δ
E
vand
= 0 til noget andet:
L
is
.
m
is
+ m
is
.
c
vand
.
Δ
t
isvand
+ m
vand
.
c
vand
.
Δ
t
vand
= 0
(m
is
.
c
vand
.
Δ
t
isvand
) og (m
vand
.
c
vand
.
Δ
t
vand
) er to vedtagne formler for vands varmefylde.
Δ
t
isvand
= t
slut
– 0 ˚C = t
slut
Δ
t
vand
= t
slut
- t
start
Dermed kan vi indsætte alle vores måleresultater i formlen så der kun er én ubekendt, nemlig L
is
,
som er den vi vil finde. Vi isolerer L
is
:
L
is
.
m
is
+ m
is
.
c
vand
.
Δ
t
isvand
+ m
vand
.
c
vand
.
Δ
t
vand
= 0
m
is
.
c
vand
.
Δ
t
isvand
+ m
vand
.
c
vand
.
Δ
t
vand
= -m
is
.
L
is
(m
is
.
c
vand
.
Δ
t
isvand
+ m
vand
.
c
vand
.
Δ
t
vand
) / (-m
is
) = L
is
Dermed har vi den rette formel til at finde smeltevarmen.
Alternativt kan man også bruge TI-interactives solvefunktion til at finde den ubekendte.
2.f Odense Katedralskole
Fysik rapport over forsøg med Isens smeltevarme
Måleresultater
Måleresultater:
m
vand
m
slut
M
is
T
start
t
slut
154,8g
169,5g
26,5
o
C
26,5
o
C
17,1
o
C
145,4g
162,4g
24,7
o
C
24,7
o
C
13,5
o
C
Beregning af måleresultaterne
Vi antager at det opstillede system med is og vand er isoleret, og at energimængden i systemet
derfor er konstant. Vi kan derfor sige følgende udtryk:
Δ
E
is
+
Δ
E
isvand
+
Δ
E
vand
= 0 = L
is
.
m
is
+ m
is
.
c
vand
.
Δ
t
isvand
+ m
vand
.
c
vand
.
Δ
t
vand
= 0
Første måling:
Hvor c
vand
= 4,18 J/(g
.
o
C)
Δ
t
isvand
= t
slut
– 0
o
C = t
slut
Δ
t
isvand
= 17,1
o
C – 0
o
C = 17,1
o
C
Δvand
= t
slut
– t
start
Δvand
= 17,1
o
C - 26,5
o
C = -9,4
o
C
For at finde smeltevarmen L
is
indsætter vi de målte værdier ind i den overstående ligning
14,7
.
L
is
+ 14,7
.
4,18
.
17,1 + 169,5
.
4,18
.
(-9,4) = 0
Vi benytter derefter programmet TI interactive og benytter funktionen solve til at finde
smeltevarmen L
is
:
Altså får en værdi for isens smeltevarme på 381,583 J/g
Anden måling:
Vi bruger præcist den samme metode til at finde smeltevarmen som før:
Altså får vi en værdi for isens smeltevarme på 390,8 J/g
2.f Odense Katedralskole
Fysik rapport over forsøg med Isens smeltevarme
Beregning af forsøgenes middelværdi:
Vi beregner middelværdien for de to forsøg ved at sige
(381,583 J/g + 390,8 J/g) / 2 = 386,3265 J/g
Beregning af den procentvise afvigelse fra tabelværdien:
Vi beregner den procentvise afvigelse fra tabelværdien (334 J/g) ud fra formlen
((L
forsøg
- L
tabel
)
/ L
tabel
)
.
100%
Første forsøg: ((381,583 J/g – 334 J/g) / 334 J/g)
.
100 = 14,2464 %
Andet forsøg: ((390,8 J/g - 334 J/g) / 334 J/g)
.
100 = 17,0059 %
Slutresultat:
Smeltevarmen L
is
middelværdi
Procentvis afvigelse fra
tabel værdi
Første forsøg
381 J/g
386 J/g
14 %
Andet forsøg
390 J/g
17 %
(afrundede værdier)
Vurdering:
Fejlkilder:
I beregningerne antog vi at forsøget blev udført i et isoleret system og at energien derfor var
konstant. Dette er dog ikke korrekt da koppen er uden låg og isens smeltning derfor blev
påvirket af rumtemperaturen da isen flyder ovenpå vandet.
Der vil også ske små ændringer af de målte værdier i løbet af de forskellige stadier i
forsøget, da isens masse vil have ændret sig fra dens måling blev foretaget og isen kom i
vandet.
Isens smeltevarme skal også ideelt findes med is ved temperaturen 0
o
C, men pga.
begrænsninger i lokalet vi udførte forsøgene i blev isen opbevaret i en fryser, hvilket
medfører at isens temperatur kan have været lavere end 0
o
C hvilket medfører, at der skal
mere energi til at smelte isen, da isen først skal opvarmes til 0
o
C. Netop denne fejlkilde kan
forklare afvigelsen fra tabelværdien, da vores måleresultater var en anelse højere, hvilket vil
sige, at der er blevet brugt mere energi end i tabelværdien.
2.f Odense Katedralskole
Fysik rapport over forsøg med Isens smeltevarme
Usikkerheder:
Det er ikke sikkert at de forskellige måleinstrumenter (vægt og termometer) har målt helt præcist.
Konklusion:
Formålet med forsøget var at finde is’ smeltevarme. Dette kunne ikke gøres med en fuldstændig
tilfredshed pga. forholdende beskrevet i fejlkilderne, men da vi var bevidste med disse forhold og
derfor var i stand til at se resultaterne i et fornuftigt kritisk lys føler vi, at forsøget har været
vellykket.
Vi fandt isens smeltevarme til at være 386 J/g, hvilket er en udmærket værdi sammenlignet med
tabelværdien 334 J/g. Vi fandt en konkret afvigelse på 15,5 % (middel smeltevarme og middel
afvigelsesprocent).