Observationsexperiment : vattnets specifika värmekapacitet

Samband mellan tillförd energi och temperaturökningen hos 1 kg vatten. 

Inledning

Finns det något samband mellan hur mycket energi som tillförs och temperaturökningen hos vatten?
Experimentet kommer att försöka ta reda på om ett samband mellan dessa kan finnas.

Teori

Alla vet att det för fortare att koka ägg om man har en större låga på spisen. Detta på talar att det skulle finnas ett samband mellan hur lång tid det tar för vattnet att koka upp och den effekt du använder på spisen. För att förstå detta ställdes följande experiment upp.

Experimentuppställning

I undersökningen användes en termos, vatten, en våg, en doppvärmare, en digital termometer och en klocka. Termosen användes som behållare för vattnet, en doppvärmare och termometer fanns i vattnet för att kunna mäta hur värmen ökade i vattnet.  Under uppvärmningen klockades tiden. För en exakt undersökning användes en våg för att kunna mäta mängden vatten. Under tiden användes Excel för att anteckna samt för att kunna sätta in informationen i ett diagram och dra en trendlinje.

Bild 1. Experimentuppställningen. Termos med vatten, en värmestav som värmde upp vattnet och en termometer. 

Mätresultat och analys 

Doppvärmaren som användes i under sökningen hade en effekt på  p = 300 W. Vattnets massa, m=285 g.

Effekten på doppvärmaren är väsentlig då den bestämmer hur lång tid det tar för just den doppvärmaren att få ut en viss energi.

E=p*t                           E - energi
                                     p - effekt
                                     t - tid

Diagram 1. Vattnets specifika värmekapacitet. Samband mellan tillförd energi och temperaturökning.

I diagrammet ovan kan vi se att vi fått fram ett k-värde, enligt formeln nedan. K- värdet anger lutningen på linjen. Detta visar att temperaturändringen är beroende av hur mycket energi som tillförs.

E=k * ΔT.                  k - proportionalitetskonstant

Där av ses att det finns ett samband mellan temperaturökningen hos 285 g vatten och energi.
Men detta samband gäller bara när 285 g vatten används. Om k divideras med massan skulle en generell konstant upptäckas.

E = k/m * ΔT * m

k/m*m = k

Ovanstående visar att k/m*m = k är samma sak, men omskrivet. Då kan vi döpa om  k/m = c 
Då får ett ett samband som är generellt för alla olika vattenmassor.

E = c* m*  ΔT

 m –massa
ΔT – temperaturförändringen

c – samband mellan konstat i diagram / massan

E- Energi

Ur grafen fås att:

      

y = 1145,2 X + 6370,2

I formeln ovan ses att k ficks till 1145,2 och ett m-värde som var 6370,2. Att ett m-värde finns kan förklaras som en felkälla. Enligt sambandet ovan finns inget m-värde utan temperaturändringen är direkt proportionell mot energiändringen. Felkällan kan bero på de energiförluster som finns i termosen, i och med att termosen var öppen kan mycket energi avges till luften, samt att termosen av kall från början, så att energi gick till att värma upp termosen. 

För att få ett värde på c dividerar vi den lutning som vi såg i diagrammet med massan. 

Detta ger:

c= k/m

1145,2/0,285 = 4018 J/kg =4,018 kj/kg

Slutsats

Ovanstående stärker min hypotes om att ett samband mellan tillförd energi och temperaturökning finns. Sambandet som fanns är följande:

E = c* m*  ΔT

Där c troligen är:
4,018 kj/kg

Det betyder att för varje joule som tillförs kommer temperaturen stiga beroende på hur mycket vatten som finns i bägaren.