Wyznaczanie ciepła właściwego PDF

Preview

Summary

Wyznaczanie ciepła właściwego...

Description

2018/2019

Laboratorium Fizyki

Ćwiczenie nr 34

Wyznaczanie ciepła właściwego

Mechaniczny MiBM Rok studiów I

Patryk Brzozowski

14.04.2019 Niedziela Godz. 13.15

Oceny Teoria Sprawozdanie

1

Data

Podpis

1.Wstęp teoretyczny Energia wewnętrzna – w termodynamice jest to całkowita energia układu będąca sumą energii potencjalnej i kinetycznej makroskopowych części układu, energii kinetycznej cząsteczek, energii potencjalnej oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych. Pracą mechaniczną nazywamy iloczyn wartości siły i wartości przemieszczenia, które nastąpiło zgodnie ze zwrotem działającej siły. Pracę obliczamy ze wzoru: W =F ∙ S Pracę mechaniczną wykonuje się również wtedy, gdy następuje odkształcenie ciała, np. przy rozciąganiu sprężyny. Jednostką pracy mechanicznej jest 1J (dżul). Praca ma wartość 1J, kiedy siła 1N działająca na ciało przemieszcza go o 1m, zgodnie z kierunkiem jej działania. Pojemność cieplna (oznaczana jako C) – wielkość fizyczna, która charakteryzuje ilość ciepła, jaka jest niezbędna do zmiany temperatury ciała o jednostkę temperatury.

Q=cmΔT

Ciepło właściwe – ciepło potrzebne do zmiany temperatury ciała w jednostkowej masie o jedną jednostkę.

Q=CΔT ,

2

2.Cel badania Celem badania jest wyznaczenie ciepła właściwego mosiądzu metodą Joula.

3.Opis eksperymentu Do doświadczenia wykorzystywany jest obracany, mosiężny walec, o którego powierzchnię będzie tarła taśma z tworzywa sztucznego zaciśnięta na walcu przez zawieszony na jej końcu ciężar. Walec posiada osiowo wykonany otwór, w którym umieszcza się termometr.

Rys. 1 Zdjęcie układu pomiarowego

3

Siła tarcia pomiędzy taśmą a walcem równa będzie różnicy ciężaru zawieszonego odważnika Fc i siły wskazywanej przez siłomierz zaczepiony na górnym końcu taśmy Fs

Ft= Fc − Fs

Ćwiczenie polega na sprawdzeniu zależności i na wyznaczeniu z niej ciepła właściwego materiału, z którego wykonany jest walec. Ćwiczenie wymagać będzie pomiaru średnicy walca d i jego masy m a następnie ciągłego pomiaru ilości obrotów n, siły tarcia Ft i temperatury T. B=

F t πd cm

c=

F t πd Bm

3.Wykonanie ćwiczenia Przygotowanie stanowiska i przeprowadzenie pomiarów  Przygotować mosiężny walec, którego ciepło właściwe będzie mierzone.  Przetrzeć walec i taśmę suchą szmatką.  Zmierzyć suwmiarką średnicę d  Zamocować w statywie siłomierz sprężynowy - dla walca mosiężnego 100 N  Zamocować taśmę cierną na siłomierzu. Sprawdzić jego wskazania. W razie potrzeby skalibrować (wyzerować).  Zamontować mosiężny walec na osi.  Owinąć taśmę cierną dwukrotnie na walcu a na drugim jej końcu zamocować odważnik (ok 5 kg). 

Wypełnić otwór cylindra pastą przewodzącą ciepło i zamontować w otworze

termometr mocując go w statywie. 

Zarejestrować temperaturę początkową walca. Określić niepewność pomiarową

temperatury. Wynik zapisać.  Obracać równomiernie, niezbyt szybko (ok. 2 obr/s) korbą i co 30 obrotów rejestrować wskazania termometru. Wyniki zapisywać w tabeli. Wykonać przynajmniej 600 obrotów. 4

W tabeli (tab.1) zapisano wyniki pomiarów.

Średnica walca Masa walca Ciężar odważnika

d = 45,02 ± 0,01 mm m = 0.646 ± 0,001 kg Fc = 50 ± 0,5 N

Temperatura początkowa

Tp = 28,7 ± 0,1 °C

Siła podczas obrotów

Fs = 4 ± 0,5 N

Lp.

n (jako xi)

T (jako yi) [°C]

xiyi

x2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Suma

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 6300

29,2 30 30,7 31,4 32,1 32,9 33,5 34,2 34,9 35,6 36,2 36,9 37,6 38,2 38,9 39,5 40,1 40,7 41,3 42 715,9

876 1800 2763 3768 4815 5922 7035 8208 9423 10680 11946 13284 14664 16044 17505 18960 20451 21978 23541 25200 238863

900 3600 8100 14400 22500 32400 44100 57600 72900 90000 108900 129600 152100 176400 202500 230400 260100 291600 324900 360000 2583000

Tab. 1 Tabela wyników pomiaru

Wyznaczyć regresje liniową obliczając współczynnik A i B prostej wykorzystując następujące wzory:

5

y= Ax + B

n

n

n

n ∑ x i y i −∑ x i ∑ y i n

(∑ )

n∑x − 2 i

i=0

B=

1 n

(

i=1 2

n=1

i=1

A=

n

n

xi

=

20∗238863−6300∗715,9 20∗2583000−(6300 )2

= 0,02231328

i=1

n

)

y i−a ∑ x i = 1 ( 715,9 −0,02231328∗6300 ) =¿ ∑ 20 i=1 i =1

28,76632

Po obliczeniu współczynnika A i B otrzymamy y=0,02231328x+28,76632. Jest to

T [°C]

równanie prostej regresji liniowej (wyk.1)

43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 0

30

60

90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630

n - ilość obrotów

Wyk. 1 Wykres zależności temperatury od ilości obrotów

Obliczono ciepło właściwe mosiądzu podstawiając dane do wzoru: 6

c=

F t πd 46∗3,14∗45,02 =349,926 = 28,76632∗0,646 Bm

4.Wnioski Celem badania było wyznaczenie ciepła właściwego mosiądzu. Ciepło właściwe dla mosiądzu wynosi 400 J/kg. Podczas wykonania ćwiczenia i obliczeniu wyników otrzymujemy 349 J/kg. Taka różnica może wynikać z tego, że termometr odczytujący temperaturę znajduje się wewnątrz badanej próbki co może wpłynąć na wynik. Drugi parametr, który wpływa na wynik jest oddawanie ciepła mosiądzu do otoczenia, co ma wpływ na wyniki pomiaru.

7...