lafísica.blogg.se

Inledning

I den föregående laborationen fastslogs det att det finns ett samband mellan energiförändringen (E) hos ett ämne, ämnets specifika värmekapacitet (c), ämnets massa (m) och ämnets temperaturändring (ΔT). Sambandet kan beskrivas genom formeln E = c*m*ΔT.
Genom att använda detta samband är det möjligt att ta reda på vilket ett okänt ämne egentligen är. Närmare bestämt skulle det med hjälp av ovanstående formel tas reda på vilken slags metall som syns i bild 1. Detta görs genom att konstanten c räknas ut och sedan jämförs med olika tabellvärden för olika metallers specifika värmekapacitet.

För att vara helt säker på vilken metallen är går det även att räkna ut dess densitet och jämföra med tabellvärden. Om både den specifika värmekapaciteten och densiteten stämmer överens med samma metall kan man dra en slutsats om vilken metall det är.

                                

 

Material och utförande
Experimentet genomfördes i olika etapper:

1. För att få så pålitliga resultat som möjligt räknades först termosens värmekapacitet ut genom att 0,300 kg vatten med temperaturen 30,7 º C fick svalna av i termosen. När vattnet slutat svalna av mättes  dess temperaturen upp.

2. Metallbiten vägdes till 0,112 kg på en elektronisk våg. Efter det värmdes den upp till 70  º C i ett vattenbad som fick sin energi från en gaslåga. Metallen hängde ned i vattenbadet från ett snöre för att den skulle få samma temperatur som det omgivande vattnet. Metallen flyttades sedan över till en termos 0,250 kg vatten med temperaturen 18,9 º C. Vattnets temperaturförändring mättes med en termometer.

3. Metallbitens volym mättes genom att den placerades i en kopp fylld med vatten. Det undanträngda vattnets volym motsvarar metallbitens volym (baserat på arkimedes princip). Det undanträngda vattnets volym mättes upp med hjälp av ett mätglas.
  
Resultat
Uträkning av termosens värmekapacitet syns i bilden nedan. Vattnet som får svalna av i termosen avger energi som termosen tar upp. Ett samband mellan avgiven och upptagen energi fås fram och termosens värmekapacitet löses ut och räknas ut. Termosens värmekapacitet var 91 J/(kg*K).

Bild 3. Uträkning av termosens värmekapacitet.

Med termosens värmekapacitet uträknad kunde metallbitens specifika värmekapacitet räknas ut. Ett samband mellan den energi som termosen och vattnet tar upp och den energi som metallbiten avger gör det möjligt att bestämma metallbitens specifika värmekapacitet. Metallbitens specifika värmekapacitet beräknades till 840 J/(kg*K).

Bild 4. Uträkning av metallbitens specifika värmekapacitet.

Metallbitens densitet bestämdes genom att dess massa dividerades med dess volym. Det undanträngda vattnets volym mättes upp till 40 cm³ och metallbitens massa till 0,112 kg.

m/v = ρ
m = 0,112 kg
v = 40 cm³
ρ = 2,8 g/cm³  = 2800 kg/m³

Densiteten blir då 2800 kg/m³

Diskussion och slutsats
Värdet på metallens specifika värmekapacitet var alltså cirka 840 J/(kg*K) och dess densitet var 2800 kg/m³. I en tabell för ämnens specifika värmekapacitet går det att utläsa att aluminium har den närmsta specifika värmekapaciteten, nämligen 900 J/(kg*K). Aluminiums densitet är 2700 kg/m³ vilket stämmer bra överens med metallbitens framtagna densitet.

Felkällor kan ha bidragit till att påverka resultaten. I uträkningen av både termosens värmekapacitet och metallbitens specifika värmekapacitet användes det värde som vi själva tog fram på vattnets specifika värmekapacitet i det första experimentet. Eftersom vi vet att vårt eget värde är för lågt (vattnets specifika värmekapacitet är egentligen 4190 J/kg*K) gav det ett för lågt värde på metallbitens specifika värmekapacitet. Om vi i det första experimentet hade tagit hänsyn till alla då nämnda felkällor hade vi fått ett mer överensstämmande värde på metallens specifika värmekapacitet i detta experiment.

Termosen förlorar även en del energi till sin omgivning, vilket kan ha lett till energiförluster. En lösning på detta problem är att arbeta med termosar med bättre isolerande förmåga.

Även mätfel kan ha förekommit. När metallbiten värmdes upp i vattenbadet hade vattnet olika temperaturer på olika ställen. Detta kan ha lett till att fel temperatur på metallbiten skrevs in i formlerna vilket kan ha lett till fel resultat. Detta kan motverkas genom att kontinuerligt röra om i vattnet, dvs jämna ut värmeskillnaderna.

Metallens densitet kan ha blivit fel på grund av feluppmätning av vattenvolymen hos det vatten den trängde undan. Genom att genomföra mätningen fler gånger kan man säkerställa ett betydligt pålitligare resultat.

Felkällor utsätter alltid resultaten för en risk men både metallbitens specifika värmekapacitet och dess densitet stämmer relativt bra överens med aluminiums. Sannolikheten att båda dessa felaktigt tyder till samma metall är väldigt låg, därför dras slutsatsen om att den metallen vi experimenterat med var aluminium.