RNzTXhfrS8v6O

To ciekawe

Czy wyznaczenie ciepła właściwego jest trudne i wymaga specjalistycznej, trudno dostępnej aparatury? Oto nasza propozycja przeprowadzenia takiego doświadczenia.

R1aWjXBpZ1Nz91

Zdjęcie przedstawia biały czajnik elektryczny stojący na białym blacie kuchennym uchwycony od góry. Czajnik stoi z prawej strony kadru, a oświetlony jest z lewej strony. Tło za blatem czarne. — Eksperymentalne wyznaczenie ciepła właściwego wody wymaga od nas jedynie zmierzenia, jak szybko źródło ciepła o znanej mocy jest w stanie podgrzać określoną ilość wody i o jaką temperaturę. Jest to jeden z tych eksperymentów, które można przeprowadzić w kuchni przy użyciu przyrządów dostępnych w każdym domu.

Twoje cele

Nauczysz się:

analizować proces ogrzewania wody grzałką elektryczną: obliczać wartości pobranego przez wodę ciepła i energii dostarczonej przez grzałkę;
układać bilans energii dla procesu ogrzewania wody grzałką elektryczną;
wyznaczać ciepło właściwe wody;
analizować przyczyny niepewności pomiarowej w procesie wyznaczania ciepła właściwego wody;
dobierać właściwe przyrządy i materiały do przeprowadzenia doświadczenia.

Warto przeczytać

Ciepło właściwe substancji możemy wyznaczyć z zależności:

c = \frac{Q}{m \cdot ∆ T}

gdzie: $c$ – ciepło właściwe; $m$ – masa ciała; $Δ T$ – przyrost temperatury; $Q$ – energia (ciepło) dostarczone do ciała.

Jak wynika z powyższej zależności, aby wyznaczyć ciepło właściwe substancji, musimy rozwiązać trzy problemy:

zmierzyć masę badanej substancji;
zmierzyć zmianę temperatury będącej skutkiem dostarczania (lub odbierania) energii do substancji;
obliczyć ilość ciepła dostarczonego tej substancji.

Ilość dostarczonej energii możemy zmierzyć za pomocą źródła ciepła o znanej mocy $P$ i poprzez pomiar czasu jego pracy $τ$ . Takimi źródłami ciepła są czajnik lub grzałka elektryczna. W urządzeniach tych cała energia elektryczna zamieniana jest na ciepło. Ponieważ są one przystosowane głównie do ogrzewania wody, dlatego właśnie tę ciecz wybieramy jako badaną substancję.

Masę wody możemy wyznaczyć, używając wagi lub mierząc jej objętość – w tym przypadku korzystamy ze znajomości gęstości wody.

Termometrem możemy zmierzyć temperaturę początkową wody, a poprzez ogrzewanie wody do momentu rozpoczęcia wrzenia uznajemy, że jej temperatura końcowa osiągnęła wartość $100 ˚ C$ . Nie mierzymy tej temperatury termometrem, głównie ze względów bezpieczeństwa.

Ilość ciepła wytworzonego przez grzałkę obliczamy ze wzoru:

Q_{1} = W = P \cdot τ

Do oznaczenia czasu używamy tu greckiej litery $τ$ (tau), aby nie myliła się z symbolem temperatury $t$ .

Ciepło wytworzone przez grzałkę pobierane jest przez wodę i powoduje wzrost jej energii wewnętrznej, przejawiający się wzrostem temperatury. Opisuje to wzór:

Q_{2} = m \cdot c_{w} \cdot ∆ t = m \cdot c_{w} \cdot (100˚C - t_{pocz .})

Jeśli założymy, że w wymianie ciepła nie uczestniczą inne ciała, możemy zapisać równanie:

Q_{1} = Q_{2}

P \cdot τ = m \cdot c_{w} \cdot (100˚C - t_{pocz .})

To równanie jest zapisem zasady zachowania energii z uwzględnieniem jej formy elektrycznej i cieplnej, zwanej bilansem ciepła (ilość ciepła dostarczonego = ilość ciepła pobranego).
Z tego równania można obliczyć dowolną nieznaną nam wielkość, gdy pozostałe są znane. W naszym doświadczeniu wielkością obliczaną będzie ciepło właściwe wody $c_{w}$ , ponieważ wszystkie pozostałe zostaną zmierzone.

c_{w} = \frac{P \cdot τ}{m \cdot (100˚C - t_{pocz .})}

Słowniczek

kalorymetr szkolny

– przyrząd składający się z dwóch naczyń włożonych jedno w drugie i oddzielonych materiałem izolującym, dodatkowo z pokrywką z otworami na termometr i mieszadełko.

tabelaryczna wartość

– wartość odczytana z tablic na przykład fizycznych, chemicznych lub historycznych itp.

iw5j85qsby_d5e627

Przemyśl

Wyznaczanie ciepła właściwego wody przy użyciu grzałki o znanej mocy

To ciekawe

Twoje cele

Warto przeczytać

Słowniczek