Testexperiment Specifik värmekapacitet

Inledning

Tidigare experiment (” Observationsexperiment: vattnets specifika värmekapacitet”) visade att det finns en specifik värmekapacitet för vatten, den visade sig vara 4,018 kJ/kg *  ̊C.

Med specifik värmekapacitet menas att det finns en viss energimängd (4,018 kJ) som kommer värma 1 kg vatten en 1  ̊C. Som ses i formeln nedan är c (specifika värmekapaciteten) proportionell den tillförda energimängden.

Detta är ett samband som generellt kan skrivas E = c*m * ΔT.

     i vårt experiment c=4,018kJ/ kg *  ̊C

I experimentet kommer vi testa om hypotesen att E = c*m * ΔT är korrekt. Dvs. att temperatur ökningen är beroende 
av energitillförseln. 

Bild 1. Experimentuppställning(bortse från kortlek)

Metod

För att kunna testa hypotesen blandade vi två massor med vatten med olika temperatur. När dessa vattenmassor med olika temperatur blandas får den nya totala vattenmängden en ny temperatur. Den kan både beräknas med hjälp av det värde på den specifika värmekapaciteten som fanns under observationsexperimentet.

Sedan gjordes en jämförelse med den faktiska temperaturen i vattenmassan. Om vi får samma svar med den matematiska delen och den praktiska stämmer det värde på c som framtagits om de inte överensstämmer stämmer inte heller värdet på den specifika värmekapaciteten.

Den matematiska uträkningen är möjlig eftersom att den specifika värmekapaciteten är samma för alla olika massor och temperaturer.

Teori

I experimentet användes två olika massor vatten med olika temperatur. Massa ₁ var 198 gram vatten och var 52  ̊C varmt. Massa ₂ var 199 gram vatten och var 32  ̊C varmt.

Men denna ekvation kan även skrivas om som 

Nedan används denna omskrivning. T₃ används även i formeln nedan, T₃ är den temperatur vattnet har när de två massorna blandats ihop.

Om E₁ = E_{2 är lika med varann vliket sedan ger att} c× m₁ × (T₁- T₃) = c × m₂ × (T₂- T₃)

E - Energi (kJ)

m - massa (kg)

c- specifik värmekapacitet (kJ/kg ×  ̊C)

T - temperatur ( ̊C)

E₁ = c × m₁ × ΔT = c × m₁ × (T₁- T₃)

E₂ = c × m₂ × ΔT = c × m₂ × (T₂- T₃)

E₁ = E₂

c× m₁ × (T₁- T₃) = c × m₂ × (T₂- T₃)

198 × (52 - T₃) = 199 × (32- T₃)

Detta ger:

Resultat

Som uträkningen i teoridelen visar ficks en temperatur på 41,97  ̊C när de två massorna blandats. När samma vattenmängd mättes praktisk ficks en temperatur på 40,4  ̊C. Som ses överensstämmer inte dessa. Detta grundar sig i att värdet på den specifika värmekapaciteten som framtagits i tidigare experiment inte var helt korrekt. Detta kan bero på att det finns massa energiförluster t.ex. en kallare termos. Därför blev den beräknade delen en högre temperatur jämfört med den praktisk uppmätta temperaturen- 

En trolig felkälla är att bägaren som de två vatten massorna blandades i var rumstemperad. Vilket skulle betyda att värme strömmade ut från vattnet till bägaren och rummet innan vi hann mäta. Samt att det kan ha funnits energiförluster i någon av de två vattenmängderna. Dock hann det bara gå några tiondels sekunder från att de två vattenmängderna blandades tills att en temperatur (under omrörning) kunde avläsas. 

Slutsats

Eftersom att de två temperaturerna (41,97  ̊C och 40,4   ̊C )  var relativt nära varandra antas att det går att beräkna energiinnehållet via:

Därför anses tesen om att energin kan beräknas va formeln ovan stärkt.