Vands specifikke varme kapacitet
Formål:
At måle og derved finde vands specifikke varmekapacitet.
Teori:
Vi ved at man kan beregne hvor meget elektrisk energi der bliver brugt af et el apparat hvis man
ved apparatets effekt og længden på tiden apparatet bliver brugt.
Derfor kan vi beregne den elektriske energi, der er gået til opvarmningen af vand, hvis vi bruger en
elkoger til opvarmning af vandet.
Ved hjælp af denne formel kan vi udregne det elektriske energi forbrug. Hvor p er elkogerens
effekt i watt og t er tiden i sekunder:
Vi ved også at man kan beregne den mængde energi som vandet har modtaget ved hjælp af
formlen. Hvor ∆T er temperaturstigningen i °C, m er vandets masse i kg og c er vandets specifikke
varmekapacitet i
:
Hvis vi regner med at alt den elektriske energi kun går til opvarmningen af vandet i sig selv,, kan
man sætte de to ligninger lig hinanden:
Min hypotese vil være at den målte værdi vil være højere end tabel-værdien.
Materialer:
Elkoger
Effektmåler
Termometer
Vægt
Stopur
Teststof: Vand fra vandhane
Metode:
1. Opstil forsøget hvor elkedlen er tilsluttet effektmåleren som derefter er tilsluttet til en
kontakt (som vist på tegning).
2. Mål massen af den tomme elkedel og noter derefter massen i kilogram.
3. Hæld vand i elkedlen (næsten helt fuld) og mål massen igen. Noter derefter massen i
kilogram.
4. Mål derefter effekten ved at tilslutte den elektriske energi indtil varmelegemet er
opvarmet (ca. 6 sek.) og aflæs hvad der visses effektmåleren, sluk derefter igen for den
elektriske energi.
5. Mål vandets temperatur i celsius.
6. Tænd for elkogeren i 30 sekunder og afbryd derefter den elektriske energi. Rør en smule
rundt i vandet ved evt. at ryste den lide fra sidde til sidde (på den måde opnår vi at der vil
værre en ensartet temperatur i hele kedlen). Mål den nuværende temperatur efter et par
sekunder og noter den.
7. Tænd for elkedlen i 30 sekunder igen og afbryd derefter den elektriske energi. Rør en
smule rundt i vandet ved evt. at ryste den fra sidde til sidde. Mål den nuværende
temperatur efter et par sekunder og noter den.
8. Dette repeteres indtil at der første gang opnås en temperatur på over 90 grader.
9. Indsæt alle dine resultater i hjælpeskema.
Resultater:
Forsøg 1:
t
i sekunder
T
i °C
∆T
i °C
0
21,0
0
30
30,1
9,1
60
39,2
18,2
90
48,5
27,5
120
57,3
36,3
150
66,8
45,8
180
76,5
55,5
210
84,5
63,5
240
92,0
71
Forsøg 2:
t
i sekunder
T
i °C
∆T
i °C
0
21,2
0
30
33,0
11,8
60
46,6
25,4
90
58,0
36,8
120
69,6
48,4
150
81,0
59,8
180
91,4
70,2
P = 1210 W
m = 0,866 kg
P = 1210 W
m = 0,661 kg
y = 0,3981x
R² = 0,9985
y = 0,3019x
R² = 0,9992
0
10
20
30
40
50
60
70
80
00
∆T (°C)
t (sekunder)
Temperatur stigning
Forsøg 2
Forsøg 1
Diagram:
Jeg har nu indsat mine resultater fra både forsøg 1 og forsøg 2 i et diagram. Ud fra punkterne har
jeg derefter tilføjet en tendenslinje for begge grafer. Derved har jeg fundet
hældningskoefficienten for begge rette linjer.
Databehandling:
Ved at sammenligne ligningen for en ret linje med ligningen for vores graf kan vi finde ud af hvad
hældningskoefficienten helt bestem er:
Ligningen for vores grafer graf:
Ligning for en ret linje:
Derved kan vi konkludere at tendenslinjen er ret. Dette er den fordi at jeg har valgt at
tendenslinjen skal krydse koordinatet (0,0), altså 0. Og samtidig fordi at forklaringsgraden r
2
, som i
begge tilfælde er næsten lig 1, og derfor bekræfter at der er tale om en lineær sammenhæng, som
krydser 0.
Forsøg 1:
Ligning for bedste rette linje: y=0,301x
Hældningskoefficienten for denne graf er aflæst i diagrammet, og er
Forsøg 2:
Ligning for bedste rette linje: y=0,398x
Hældningskoefficienten for denne graf er aflæst i diagrammet, og er
Ved hjælp af hældningskoefficienten kan vi udregne vands specifikke varmekapacitet. Det kan vi
ved hjælp af en formel hvor c er isoleret:
Tabel-værdi for vands specifikke varmekapacitet er: 4180
Forsøg 1:
Den fundne c værdi for forsøg 1 er fundet således:
Afvigelse for forsøget:
Relativ afvigelse for forsøget er:
Forsøg 2:
Den fundne c værdi for forsøg 1 er fundet således:
Afvigelse for forsøget:
Relativ afvigelse for forsøget er:
Diskussion
Inden jeg gik i gang med forsøget kunne jeg konkludere at der ville være en fejlkilde som ville
påvirke mit forsøg i en negativ retning, nemlig at min målte værdi for vands specifikke
varmekapacitet ville blive højere en den nævnte tabelværdi. Det vil den blive fordi at der vil gå
mere elektrisk energi til at opvarme vandet begrund af det varmetab der ville være fra vandet af til
fx elkedlen selv og derfra til den omkringliggende luft.
Derfor vil et forsøg som vare længere tid også være mere unøjagtig en et forsøg der vil vare
kortere tid. Dette er fordi at der vil kunne nå at blive afgivet mere varme til den omkring liggende
luft begrund af den forhøjede tidslængde.
Man ville kunne minimere denne fejlkilde og derved optimere forsøget ved at både isolere
elkedlen, men også ved at have et kraftigere varmelegeme som ville kunne overføre energien til
vandet hurtigere.
En anden fejlkilde der vil være er at hver gang man slukker for strømmen vil der blive afgivet
energi til den omkring liggende luft, uden at der bliver tilført energi til vandet. Efterfølgende vil
der gå tid (og derfor energi da J=w/s) til at varme vandet tilbage til temperaturen da strømmen
blev afbrudt, dermed vil der blive brugt dobbelt til på at opvarme den samme ∆T igen. Derfor vil
forsøget blive påvirket i en negativ retning, fordi der går mere tid/energi til opvarmningen,