Wyznaczanie ciepła właściwego aluminium

Opis przyrządów:

1. Kalorymetr wodny z wyposażeniem składającym się z mieszadła i termometru oraz piecyka do podgrzewania badanego ciała wraz z układem zasilającym, służy do pomiaru ilości ciepła pobranego lub oddawanego przez ciało albo układ ciał; służy m.in. do wyznaczania ciepła właściwego.
2. Dokładana waga szalkowa do zważenia masy badanego ciała
3. Waga sklepowa do ważenia kalorymetru

Opis doświadczenia:

Aby wyznaczyć ciepło właściwe jakiegoś ciała, przeprowadzamy wymianę ciepła między tym ciałem, a ciałem o znanym cieple właściwym, w tym przypadku między metalem a wodą. Metal ogrzany do pewnej temperatury (t1) wprowadzony do wody o niższej temperaturze (t2) ochładza się do temperatury (t3), do której ogrzewa się chłodniejsza woda. Wymiana ciepła odbywa się w kalorymetrze. Ciało badane ogrzewamy przy pomocy termostatu.
Termostat składa się z retorty i naczynia z wodą, którą za pomocą palnika gazowego doprowadzamy do wrzenia. Ciało badane umieszczamy w retorcie, w której jest ogrzewane przez doprowadzoną parę wrzącej wody. Gdy ustali się temp. ciała badanego, szybkim ruchem wrzucamy je do kalorymetru i ciągle mieszając wodę zapisujemy jej końcową najwyższą temperaturę (t3). Metal oziębił się od temperatury (t) do temperatury (t3). Oddał on kalorymetrowi i wodzie pewną ilość ciepła, którą możemy obliczyć z równania:

Ciepło oddane przez metal zostanie pobrane przez wodę i kalorymetr w ilości:

Pomijając straty możemy napisać:
czyli


po przekształceniu otrzymujemy:

gdzie:

t1 – temp. początkowa badanego ciała
t2 – temp. początkowa układu
t3 – temp. końcowa układu
mk – masa kalorymetru z mieszadełkiem
ck – ciepło właściwe kalorymetru
cw – ciepło właściwe wody
mw – masa wody
m – masa badanego ciała

Kolejność czynności:

1. Zważyć kalorymetr wraz z mieszadełkiem; ważymy tylko wnętrze naczynia kalorymetru
2. Napełnić kalorymetr wodą do ½ objętości i zważyć. Obliczyć masę wody (mw)
3. Zmierzyć temp. wody w kalorymetrze (t2)
4. Zwarzyć metal, którego ciepło właściwe ma być badane i wrzucić do retorty
5. Połączyć za pomocą izolowanego azbestem węża retortę z kolba zawierającą wodę, doprowadzić wodę do wrzenia i utrzymać ją w stanie wrzenia przez ok. 10 min.. Temp. wrzenia wody przyjmujemy jako temp. początkową ciała (t1)
6. Szybkim ruchem wrzucić badane ciało do kalorymetru
7. Odczytać końcową temp. układu: woda – kalorymetr – ciało (t3)

Wyniki pomiarów:

cw = 4185 J/kg * K ± 8 J/kg * K
mw = 2 kg ± 0,02 kg
ck = 384 J/kg * K ± 1 J/kg * K
mk = 1,271 kg ± 0,001 kg
t3 = 21,14 C ± 0,01 C
t2 = 19,7 C ± 0,01 C
t1 = 69 C ± 0,1 C
m = 0,309 kg ± 0,001 kg

Obliczenia:

C = (862,816 ± 26,624) J/kg * K

Odp: Ciepło właściwe badanego ciała (aluminium) wynosi ok. 862,816 J/kg * K.