1

Projekt wspfinansuje m.st. Warszawa

PRACOWNIA FIZYCZNA DLA UCZNIW

CIEPO TOPNIENIA LODU

Celem niniejszego wiczenia jest dowiadczalne badanie bilansu cieplnego oraz wyznaczenie ciepa

topnienia lodu.

Ciepo jest form przekazu energii pomidzy dwoma ciaami, bdc wynikiem rnicy temperatur

tych cia. Dostarczenie ciepa do ciaa skutkuje wzrostem jego temperatury:

= ( )

gdzie m jest mas ciaa, Tk i Tp to odpowiednio temperatura kocowa i pocztkowa ciaa, natomiast

c jest ciepem waciwym.

Ciepo waciwe jest parametrem charakterystycznym dla danej substancji w danej temperaturze

(jest sta materiaow) i okrela ilo ciepa potrzebn do ogrzania 1 kg tej substancji o 1C.

Warto wiedzie: Podstawow jednostk temperatury jest kelwin (K). Skala Celsjusza i Kelvina

s ze sob powizane nastpujc zalenoci () = () + 273,15 . Tak wic rnica temperatur w skali Kelvina i w skali Celsjusza jest taka sama.

Dostarczenie ciepa nie zawsze musi skutkowa zmian temperatury. Moe zaj przemiana fazowa.

Wwczas

= gdzie m jest mas ciaa, natomiast L jest ciepem danej przemiany. Na przykad w przypadku

topnienia, L bdzie okrela ilo ciepa jak naley dostarczy aby stopi 1 kg lodu.

W ukadzie izolowanym ciepo nie jest wymieniane z zewntrzem, dlatego ilo ciepa oddanego

przez jedne ciaa jest rwna ciepu pobranemu przez inne ciaa. Obowizujc konwencj jest

oznaczanie ciepa pobranego jako dodatniego oraz ciepa oddanego jako ujemnego. Wwczas

rwnanie bilansu cieplnego ma posta:

+ = 0

W przypadku mieszaniny wody i lodu do bilansu ciepa musimy uwzgldni:

Ciepo pobrane przez ld do ogrzania go od jego temperatury pocztkowej (TL) do temperatury

0C: (0C ) jeli ld ma temperatur bardzo blisk 0C, t cz mona pomin.

Ciepo pobrane przez ld potrzebne do jego stopnienia:

Ciepo pobrane przez wod z roztopienia lodu do ogrzania jej od temperatury 0C do temperatury

kocowej caego ukadu (Tk): ( 0C)

Ciepo oddane przez wod w kalorymetrze, podczas jej schodzenia od temperatury pocztkowej

(Tp) do temperatury kocowej caego ukadu (Tk): ( ) = ( )

Ciepo oddane przez kalorymetr, podczas jego schodzenia od temperatury pocztkowej (Tp)

do temperatury kocowej caego ukadu (Tk): ( ) = ( )

Rwnanie bilansu cieplnego ma wic posta:

+ ( 0C) ( ) ( ) = 0

2

Projekt wspfinansuje m.st. Warszawa

Ukad pomiarowy

Aby zapewni izolacj badanego ukadu od otoczenia

bdziemy uywa kalorymetru. Kalorymetr jest

wyposaony w mieszadeko zwikszajce skuteczno

wymiany ciepa wewntrz kalorymetru oraz termometr

do pomiaru temperatury znajdujcej si w nim cieczy

(rysunek).

Wykonanie dowiadczenia

Z rwnania bilansu cieplnego mona wyznaczy ciepo topnienia lodu:

=( + )( )

( 0C)

Aby obliczy ciepo topnienia lodu musisz wic zna masy kalorymetru, wody i lodu, temperatur

pocztkow kalorymetru z wod oraz temperatur kocow caego ukadu.

Masa pustego kalorymetru: mK = ..........................................................

Masa kalorymetru z wod: mK + mW = ..................................................

Rozpocznij pomiary temperatury. Temperatura pocztkowa wody powinna by na wysza od

pokojowej, aby roztapianie lodu byo efektywne, ale nie moe by zbyt wysoka, bo wtedy ld

roztopi si zbyt szybko. Wyniki zapisuj na osobnej kartce. Szybko dodaj ld i kontynuuj pomiary

temperatury mieszaniny lodu i wody, a do cakowitego stopnienia si lodu. Dobieraj odstp czasu

pomidzy kolejnymi pomiarami, tak aby dokadnie rejestrowa istotne zmiany temperatury

mieszaniny. Pamitaj o regularnym mieszaniu mieszaniny w celu zapewnienia dobrej wymiany

ciepa midzy lodem a wod. Pomiary temperatury kontynuuj rwnie po cakowitym roztopieniu

lodu, a zauwaysz, e temperatura mieszanki si ustalia, a nawet zacza lekko rosn.

Zmierz mas kalorymetru z wod i wod powsta po stopieniu lodu:

mK + mW + mL = ..........................................................

Twoja tabela pomiarowa powinna mie nastpujc posta:

l.p. t [min] T [C]

1

..

..

SZYBKIE WRZUCENIE LODU (nie wycza stopera!!!)

..

..

itd.

3

Projekt wspfinansuje m.st. Warszawa

Na papierze milimetrowym wykrel zaleno (). Temperatur pocztkow kalorymetru z wod oraz kocow caego ukadu moesz wyznaczy metod ekstrapolacji, wedug schematu

umieszczonego poniej.

Wyniki wpisz w tabeli poniej. Jeli masz czas moesz dowiadczenie powtrzy dwukrotnie.

cW

[J

g K]

cK

[J

g K]

mK

[g]

mW

[g]

mL

[g]

[C]

0C

[C]

L

[J

g]

4,190 0,896

Porwnaj otrzyman warto z wartoci tablicow: = 334 J/g.

Zastanw si nad moliwymi niepewnociami, jakie mogy wpyn na dokadno Twojego

pomiaru. Jak mgby to poprawi?