1. Õppida tundma kalorimeetriliste mõõtmiste põhimõtteid ja kalorimeetri ehitust.

Transcript

1 Kaorimeetriised mõõtmised LABORATOORNE TÖÖ NR. 3 KALORIMEETRILISED MÕÕTMISED TÖÖ EESMÄRGID 1. Õppida tundma aorimeetriiste mõõtmiste põhimõtteid ja aorimeetri ehitust. 2. Määrata jää suamissoojus aorimeetriise meetodi. TÖÖVAHENDID Kaorimeeter, termomeeter ( ), eetrooniised aaud, mõõteaas, üm vesi (raanist), soe vesi (30-40 ), eeduann, jäätüid, vett imav paber, termoisoeeriv aus. TEOREETILINE OSA Kaorimeetria on füüsia haru, mis tegeeb soojushuade mõõtmisega. Kaorimeetriiset määratase ainete erisoojust, suamissoojust, siirdesoojust, eemiiste reatsioonide soojusefete, eetromagnetiirguse energiat jm. Mõõtmises asutatase aorimeetreid, mie töö põhineb ühet ehat teisee anduva soojushuga mõõtmise. Seejuures ähtutase soojusiu tasaaau võrrandist: ühe eha või aine poot äraantav soojushu Q 1 võrdub teise eha või aine (tavaiset vee) poot vastuvõetava soojushugaga Q 2. Võrdus Q 1 = Q 2 on ehtiv ainut siis, ui soojusvahetust aorimeetrit ümbritseva esonnaga ei toimu. Joonis 3.1. Kaorimeetri ehituse seem. Kaorimeetrites ongi soojusvahetus ümbritseva esonnaga püütud viia miinimumini. Seest a aorimeetri eriine onstrutsioon (joonis 3.1). Kaorimeetri sisemine anum (1) asub ühe või mitme 11

2 Kaorimeetriised mõõtmised anuma (2) ja (3) sees ja on peat suetav aanega (4). Sisemine anum asub vidist või orgist ause 5 ja on äiiva pinnaga. Kaorimeetri anumas oeva vedeiu temperatuuri mõõtmises asutatase termomeetrit (6) ja temperatuuri iiremas ühtustamises ogu vedeiu uatuses segajat (7). Täppismõõtmise täidetase anumate 2 ja 3 vaheine ruum vee toatemperatuuri oeva veega, mie hiisemat temperatuuri muutust samuti arvestatase. Soojushua λ, mis on vajai 1 g ristaiise aine muutmises vedeius suamistemperatuuri, nimetatase see aine suamissoojuses. Et suatada ristaiine eha massiga m, tueb anda tae soojushu: Q1 = λm ( 3.1 ) Kui asta jäätüe massiga m jää aorimeetri anumas oevasse vette, siis suamises vajai energia võetase ümbritsevat veet ja aorimeetri anumat. Jää suatamise teib nu-raadine vesi, mie temperatuur ühtustub õpus aorimeetris oeva vee temperatuuriga t Soojusiu tasaaauvõrrandi saame järgmise arutuse tee. Soojushu Q 1, mis on vajai m g jää suatamises, on eitav seosest (3.1), us λ on jää suamissoojus. Soojushu, mis on vajai m g jääst teinud vee soojendamises uni aorimeetris oeva vee õpptemperatuurini t (mõõdetud raadides), on: ( ) Q 2 = cm t 0 = cmt. ( 3.2 ) Soojushugad Q 3 ja Q 4 saadase järgmiste seoste abi: aorimeetris oevat veet massiga m v, mis jahtub agtemperatuurit t õpp-temperatuurini t, so ( t ) Q3 = cmv t, ( 3.3 ) aorimeetri anumat ( t ) Q4 = K t. ( 3.4 ) Kui soojusadusid ei arvestata, siis 12

3 Kaorimeetriised mõõtmised Q + + ( 3.5 ) 1 Q2 = Q3 Q4 eh ( t t ) + K( t t ) λ m + cmt = cmv, ( 3.6 ) miest ( cm v + K)( t t ) cmt λ =. ( 3.7 ) m TÖÖ KÄIK A 1. Esperiment 1. Kaorimeetri efetiivse soojusmahtuvuse (K) määramine 1. Tutvuge aorimeetri ehitusega ja joonistage see seem aruandesse. 2. Soojusiu tasaaau võrrandi oostamise tueb arvestada, et osa soojust äheb (või võetase) aorimeetri anuma, segaja ja termomeetri soojenemises agtemperatuurist õpptemperatuurini. Sees õiges vajaiu soojusmahtuvuse arvutamine on eeruine ja seepärast tueb eeistada esperimentaaset määramist. Kasutatase segamismeetodit, mis seisneb järgmises. 3. Vaage aorimeetrisse teatud hu üma vett massiga m (u 1 iiter) NB! Soovitatav on esmat aauda anum ja see mass protooida. Seejäre nuige aaud ja vaage vesi anumasse ning asetage anum aorimeetrisse. Paigadage segaja ja termomeeter ning sugege aorimeeter aanega. Lase mõnda aega seista, et toimus soojusvahetus. Fiseerige aorimeetri anumas oeva vedeiu temperatuuri t. 4. Tegeege sooja vee ettevamistamisega. Sees soojendage igiaudu 1 iiter vett eeduannus. Vaage mõõteaasi mingi ogus sooja vett. NB! Fiseerige protoois sooja vee mass m s. Vahetut enne sooja vee vaamist aorimeetri sisemisse anumasse mõõte ja protooige see temperatuur t s. Järgige temperatuuri mõõtmise reegeid. Mõõte temperatuuri vähemat ahe minuti joosu erinevate õrguste vedeius, võte esmine väärtus ja protooige see. 5. Seejäre fiseerige protoois segu temperatuur t. NB! Kaorimeetrianumas vett segades oge ettevaati, et segaja ei iigus vastu termomeetrit. 13

4 Kaorimeetriised mõõtmised 6. Sooja vee poot äraantud soojushu peab võrduma üma vee poot saadud soojushugaga ja aorimeetrie äraantud efetiivse soojushuga summaga: cm s ( t t) = cm ( t t ) + K( t t ) s, ( 3.8 ) miest saame aorimeetri efetiivse soojusmahtuvuse K t s t = c ms m t t. ( 3.9 ) 7. Fiseeritud mõõtmistuemuste ja seose (3.9) järgi eide aorimeetri efetiivne soojusmahtuvus K. Seega K määramises tueb mõõta: sooja vee mass m s =... g üma vee mass m =... g sooja vee temperatuur t s =... üma vee temperatuur t =... segu temperatuur t =... Vee erisoojuse esmine väärtus on: c = 4190 [J/(g K)]. A 2. Esperiment 2. Jää suamissoojuse määramine 1. Määrae järgnevat atseiset jää suamissoojus. 2. Kaorimeetris on vajai vesi juba oemas aboratoorse töö I osast (aorimeetri efetiivse soojusmahtuvuse määramine). Kogu vedei mass on teada (NB! Kui jääd ei saa või ei taheta aauda, siis on protooitud anuma mass, üma vee mass ja sinna isatud sooja vee mass). Lisatud jääoguse massi saab indas määrata a atse õpus, ui aauda ogu anumas onud 14

5 Kaorimeetriised mõõtmised vedeiu ogus ja ahutada õpp-massist eepoo mainitud (anuma, üma vee ja sooja vee massid). Seega ogu vedeiu mass aorimeetri anumas on võrdne m v = m + m s = Eenevast on teada a ogu segu temperatuur t =.... NB! Kontroige ega segu temperatuur ei oe vahepea muutunud! Juhu ui see on nii, siis fiseerige uus näit protoois. 4. Asetage suured jäätüid vett imavae paberie, mie aa on asetatud termoisoeeriv aine (or, vahtumm vmt). Jäätüid uivatage paberiga ja ase paberi abi (mitte äega!) aorimeetris oevasse vette. 5. Vett aorimeetris haatase pidevat segama, uni ogu jää on suanud ja seest teinud vesi segunenud. Seda näitab termomeeter, mie abi fiseeritase minimaase temperatuuri näit, mis ongi õpptemperatuuris t. 6. Edasi eradage ettevaatiut aorimeetrist termomeeter ja segaja nii, et nendega aasnevad veetigad aorimeetrisse tagasi angevad (raputage erget!). Siis võte aorimeetrist väja sisemine anum veega ja mõõte võimaiut täpset sees oeva vee ogus mõõteaasi abi ja/ või aaude abi. Leide jää suamisest teinud vee mass m. (Või toimige nii nagu puntis 2 irjedatud.) 7. Arvutage jää suamissoojus. Võrrege seda teatmies antuga ja hinnae viga. KÜSIMUSED 1. Mida nimetatase soojushugas ja mida see endast ujutab energeetiisest üjest? 2. Kuidas arvutada soojushua ja mis on see mõõtühius? 3. Mis on suamissoojus ja mida näitab suamissoojuse arvuine väärtus? 4. Mis põhjustas teie poot sooritatud astes tõenäoiset õige suuremaid vigu? 15