De warmtecapaciteit van een calorimeter

Pascal Gunsch & Tom de Roon 6 februari 2014 A. Th. W. Lodewijkx Natuurkunde

INHOUDSOPGAVE Inhoudsopgave ......................................................................................................................................................

1 Doel .......................................................................................................................................................................

2 Theoretische Inleiding ...................................................................................................................................

3 Werkwijze ............................................................................................................................................................

4 Meetresultaten .................................................................................................................................................

5 Berekeningen ....................................................................................................................................................

6 Conclusie .............................................................................................................................................................

7 Discussie ..............................................................................................................................................................

2

2 3 3 4 5 5 6 6

Hoofdstuk 1

DOEL Het doel van dit onderzoek is vast te stellen wat de warmtecapaciteit van een calorimeter is.

Met het practicum voegen we water met twee verschillende temperaturen bij elkaar en zo kunnen we met de energiebalans de warmtecapaciteit bepalen. Hierbij veronderstellen dat de calorimeter warmte opneemt, waaruit volgt dat het een warmtecapaciteit heeft.

Hoofdstuk 2

THEORETISCHE INLEIDING In deze proef hebben we te maken met temperatuurverschillen. Volgens afspraak is een temperatuurverschil altijd positief. De formule hiervoor is:

(1)

T  T2  T1

Voor de warmteafgifte van een vloeistof geldt het volgende verband tussen onder andere het temperatuurverschil en de massa van de vloeistof:

(2)

Q  mcT

Hierin is c een constante, de soortelijke warmte, die voor elke vloeistof verschillend is. Omdat de calorimeter niet uit een vloeistof bestaat, en ook niet uit maar één vaste stof, wordt de uitdrukking mc vervangen door C:

(3)

Q  C T

In het geval van de calorimeter geldt ook de wet van behoud van energie. Deze houdt in dit geval, omdat het over warmte gaat, in dat:

(4)

Qop  Qaf Door de formules 2, 3 en 4 te combineren vinden we dat er in dit geval geldt:

mwater,1  cwater  T1  Ccalorimeter  T1  mwater,2  cwater  T2

(5)

Met ΔT1 het verschil tussen de temperatuur van het koude water en die van het verkregen mengsel, en ΔT2 het tussen de temperatuur van het warme water en die van het mengsel.

3

Hoofdstuk 3

WERKWIJZE Materialen  calorimeter (calorimeter nummer 2)  2 thermometers  2 kleine bekerglazen (van 200 mL)  groot bekerglas  dompelaar

Methodes Eerst wordt een klein bekerglas met 150 mL koud water gevuld. Deze 150 mL water wordt vervolgens overgegoten in de calorimeter. Vervolgens werd water verwarmd met behulp van de dompelaar. Op het moment dat het water tussen de 80 en 85 °C was, werd 200 mL in een klein bekerglas gegoten. Vervolgens werden met twee thermometers de temperatuur van het water in de calorimeter en de temperatuur van het net verwarmde water bepaald.

Daarna werd het warme water bij het water in de calorimeter gegoten. Dit mengsel werd gemengd en de temperatuur werd gemeten. Wanneer deze niet meer veranderde, werd ook de temperatuur van het mengsel in de calorimeter bepaald.

Opstelling thermometer

deksel calorimeter roerstaaf

mengsel calorimeter

(figuur 1) De proefopstelling.

4

Hoofdstuk 4

RESULTATEN De verkregen meetresultaten zijn hieronder te zien in tabel 1.

Temperatuur 21 °C 87 °C 50 °C

water in calorimeter warm water mengsel

Volume 150 mL 200 mL 350 mL

(tabel 1) De gemeten temperaturen en de bijbehorende formules.

Hoofdstuk 5

BEREKENINGEN Met behulp van formule 5 kunnen we de warmtecapaciteit van de calorimeter vinden:

mwater,1  cwater  T1  Ccalorimeter  T1  mwater,2  cwater  T2

(5)

Met behulp van de meetgegevens en de b inas kunnen we de overige variabelen bepalen:

T1  50  21  29 o C T2  50  87  37 o C mwater,1  water V1  0,998 103  0,150 103  0,150 kg mwater,2  water V2  0,998 103  0,200 103  0,200 kg cwater  4,18 103

Door deze gegevens in fomule 5 in te vullen krijgen we:

0,150  4,18 103  29  Ccalorimeter  29  0,200  4,18 103  37

Ccalorimeter 

0,200  4,18 103  37  0,150  4,18 103  29 29

Ccalorimeter = 439 JK−1 5

Hoofdstuk 6

CONCLUSIE Met de meetgegevens hebben we gevonden dat Ccalorimeter = 439 JK 1.

Hoofstuk 7

DISCUSSIE In deze proef hebben we de warmtecapaciteit van een calorimeter bepaald. Echter zijn er een aantal dingen op te merken ter verbetering van de proef. De gebruikte apparatuur, de thermometer en maatbekers, zijn niet nauwkeurig genoeg om een goede waarde voor de warmtecapaciteit te kunnen bepalen. Een kleine afwijking zou al voor een grote verandering van het resultaat zorgen. Eigenlijk zou de proef meerdere malen uitgevoerd moeten worden en een gemiddelde van deze resultaten gebruikt moeten worden.

Ook is de calorimeter niet perfect ge誰soleerd. In werkelijkheid zal er dus meer warmte verloren gaan wat voor een lagere warmtecapaciteit zorgt. Verder is er aangenomen dat de warmte alleen aan het water en de calorimeter wordt afgegeven, terwijl het ook aan de roerstaaf en de thermometer wordt afgestaan. Hierdoor wordt de warmtecapaciteit lager.

In een vervolgexperiment zou het vaker uitgevoerd moeten worden en zou er ook rekening gehouden moeten worden met de roerstaaf en de thermometer om zo een nauwkeurigere waarde voor de warmtecapaciteit te verkrijgen.

6