lafísica.blogg.se

Inledning

Ett ämnes specifika värmekapacitet bestäms genom experiment där man undersöker ämnets termiska potential, alltså den energi som krävs för att ämnet ska ändra sitt energiinnehåll, eller värmeinnehåll. Dagens experiment gick ut på att undersöka den specifika värmekapaciteten för vatten. 

Process och Material

Experimentet utfördes i två etapper: 

1. En termos fylldes med 0,465 kg vatten. En doppvärmare med effekten 300 W användes för att värma vattnet. Efter att doppvärmaren satts på avlästes temperaturen av vattnet med 30 sekunders intervall i 210 sekunder med hjälp av en termometer. Resultaten infogades i ett diagram med tillförd energi (effekt*tid) på y-axeln och temperaturökningen på x-axeln.  

2. En termos fylldes med 0,2 kg vatten. SEDAN användes samma doppvärmare som tidigare för att värma vattnet med 5 K. När vattnet hade värmts med 5 K noterades den tid som hade gått. Samma experiment utfördes med termosen fylld med 0,25 kg vatten, 0,3 kg vatten, 0,35 kg vatten och 0,4 kg vatten. Resultatet infogades i ett diagram med tillförd energi på y-axeln och vattnets massa på x-axeln.

Resultat

Bild 1 visar ett diagram över hur olika stor temperaturökning av 0,465 kg vatten kräver olika mycket tillförd energi. Bild 2 visar hur olika vattenmassor kräver olika mängder tillförd energi för att öka sin temperatur med 5 K.

Resultat Experimentdel 1.

Resultat experimentdel 2.

Diskussion 
Det första diagrammet berättar att det krävs OLIKA mycket energi för att värma 0,465kg vatten TILL olika temperaturer. Det andra diagrammet berättar att det krävs olika mycket energi för att öka temperaturen på olika vattenmassor med 5 K.

Om man nu väljer att anpassa en rät linje som går genom origo får man två formler som allmänt kan uttryckas y = kx. Konstanten k kommer i experiment 1 att få enheten y/x, eller kJ/K och i experiment 2 enheten y/x, eller kJ/kg.

Specifik värmekapacitet har enheten kJ/(kg*K). I experiment 1 är vattnets massa en konstant, nämligen 0,465 kg och i experiment 2 är temperaturökningen 5 K konstant.  Om vi sätter in vattnets massa som en konstant i nämnaren i experiment 1 och temperaturökningen som en konstant i nämnaren i experiment 2 och dessutom anpassar en rät linje till vardera diagram med formeln y = kx får vi följande resultat:

Utkomst av experiment 1 då vattnets massa sattes in som konstant i nämnaren.

Utkomst av experiment 2 där temperaturökningen sattes in som konstant i nämnaren.

De räta linjerna i de två ovanstående diagrammen har nu fått andra enheter än de tidigare hade, på grund av de insatta konstanterna. Det syns i diagrammen att båda har fått enheten kJ/(kg*K), vilket ju också är enheten för specifik värmekapacitet. Alltså är k-värdena i respektive diagram ett mått på vattnets specifika värmekapacitet.

Om man tittar på R²-faktorn i respektive diagram ser man att linjen i diagram 3 är mycket bättre anpassad än linjen i diagram 4. Detta eftersom R²-faktorn ska vara så nära 1 som möjligt. Om experimentet har utförts på rätt sätt bör vi kunna fastställa att vattnets specifika värmekapacitet ligger någon stans runt 4,1 kJ/(kg*K). Detta värde är inte särskilt långt ifrån det verkliga värdet på vattnets specifika värmekapacitet, vilket är 4,2 (eller 4,18) kJ/(kg*K)

Vissa felkällor som kan ha lett till att resultatet från experiment 2 hamnade så långt från verkligheten kan ha varit att vattnet inte värmdes upp lika snabbt överallt i termosen. Doppvärmaren värmde upp vattnet närmast först och om termometern vid olika avläsningstillfällen har varit olika långt ifrån doppvärmaren kan det leda till att en felaktig temperatur visas. För att åtgärda denna felkälla bör man röra runt i vattnet så att vattnet får en bättre medeltemperatur.
  En annan felkälla kan vara doppvärmarens temperatur vid START av tidtagning. I experimentdel 2 värmdes olika massor vatten med 5 K. Eftersom tiden mellan de olika mätningarna varierade hade doppvärmaren olika utgångstemperaturer vilket kan ha lett till att den värmde upp vattnet olika snabbt vilket skulle ha gett felaktiga mätvärden.