A mérés célkitűzései: Kaloriméter segítségével az étolaj fajhőjének kísérleti meghatározása a Joule-féle hő segítségével

Étolaj fajhője összeállította: Szabó László lektorálta: Dr. Nánai László

A mérés célkitűzései: Kaloriméter segítségével az étolaj fajhőjének kísérleti meghatározása a Joule-féle hő segítségével. Eszközszükséglet:

        

kaloriméter fűtőszállal digitális mérleg tanulói tápegység vezetékek hőmérő stopper digitális multiméter 2 db víz étolaj

1. ábra Kísérleti eszközeink

Eszközismertető

2. ábra Kaloriméter

A kaloriméter egy olyan eszköz, melyben hőtani kísérleteket lehet végezni. Ezért hőtani szempontból jó szigetelőnek kell lennie, valójában egy termoszról van szó. Az általunk használt eszköz belsejében egy alumínium pohár van, ebben lehet hőtani folyamatokat megfigyelni, kísérleteket végezni. Ezt alulról és oldalról hungarocell szigetelés veszi körül. Ezeket egy nagyobb alumínium pohár foglalja magában. Az edény tetejét egy műanyag fedél zárja le. Itt található a hőmérő csatlakoztatási helye, a fűtőszálak kivezetése és egy kavaró pálca is. Ennek függőleges irányú mozgatásával érhető el, hogy a kísérlet közben a kaloriméterben mindenhol megegyező legyen a hőmérséklet. A kaloriméter 6 V-os egyenfeszültséggel működik, a fűtőszál ellenállása 2-3 Ω.

Balesetvédelmi figyel meztetés Az elektromos eszközök szakszerűtlen használata balesetveszélyes! Kísérletezés közben figyelj arra, hogy elektromos eszközeinkre (multiméterek, tanulói tápegység) ne kerüljön víz!

A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 1. oldal


A mérés elméleti háttere Az anyag c fajhője megmutatja, hogy 1 kg-nyi tömegének 1 °C-kal való felmelegítéséhez mekkora hőmennyiségre van szükség: 𝑐=

𝑄 𝑚 ∙ ∆𝑡

Anyagok fajhőjét általában úgy mérjük meg, hogy termikus kölcsönhatásba hozzuk egy ismert fajhőjű anyaggal. Erre a hőtani folyamatra alkalmazzuk az energia-megmaradás törvényét, melyből a fajhő kiszámolható. Folyadékok fajhőjét merülőforralóval ellátott kaloriméterrel is meg tudjuk határozni. Ha ismerjük a fűtőszál teljesítményét (P) és a melegítés idejét (t), akkor a hőtani folyamat során leadott hőmennyiség: 𝑄𝑙𝑒 = 𝑃 ∙ 𝑡 Ha a rendszer hőszigetelt és nem történik munkavégzés, akkor a leadott hőmennyiség megegyezik a kaloriméter és a benne lévő anyagok által felvett hőmennyiséggel: 𝑄𝑙𝑒 = 𝑄𝑓𝑒𝑙 𝑃 ∙ 𝑡 = 𝑄𝑜𝑙𝑎𝑗 + 𝑄𝑘𝑎𝑙 𝑃 ∙ 𝑡 = 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑗 ∙ 𝑚 ∙ ∆𝑡 + 𝐶𝑘𝑎𝑙 ∙ ∆𝑡 , ahol Ckal a kaloriméter hőkapacitása. Ebből az összefüggésből az olaj fajhője kifejezhető: 𝑐𝑜𝑙𝑎𝑗 =

𝑃 ∙ 𝑡 − 𝐶𝑘𝑎𝑙 ∙ ∆𝑡 𝑚 ∙ ∆𝑡

Mérés menete

Helyezd a kalorimétert a digitális mérlegre, majd tárázd azt le! Tölts bele kb. 1,5 dl étolajat, a mérleg segítségével határozd meg ennek pontos tömegét! Vedd le a kalorimétert a mérlegről és várd meg, amíg az olaj és a kaloriméter között beáll a termikus egyensúly! Jegyezd fel a kezdeti hőmérsékletet az 1. táblázat első oszlopába!



3. ábra Kísérleti elrendezés

Állítsd össze a 3. ábra szerinti kapcsolást. Állítsd a tápegységet 6 V-ra, és ennek bekapcsolásakor indítsd el a stoppert is. Percenként jegyezd fel a hőmérsékletet. Töltsd ki a táblázatot! Mérd meg a fűtőszálon eső feszültséget és a rajta átfolyó áram erősségét is! Ezekből számítsd ki a teljesítményt!

t (min) t (°C)

0

1

2

3

4

5

𝐴→𝑃 =𝑈∙𝐼 =

𝑊

6

1. táblázat

𝑚𝑣í𝑧 = 𝑈=

𝑉; 𝐼 =

𝑘𝑔

Hogyan változott az olaj hőmérséklete? Ábrázold az olaj hőmérsékletének változását az idő függvényében (1. grafikon)!



1. grafikon

Számítsd ki az olaj fajhőjét! Az általunk használt kaloriméter hőkapacitása: 𝐶𝑘𝑎𝑙 = 79,17

𝑐𝑜𝑙𝑎𝑗 =

𝐽 . ℃

𝑃 ∙ 𝑡 − 𝐶𝑘𝑎𝑙 ∙ ∆𝑡 = 𝑚 ∙ ∆𝑡

Milyen tényezők befolyásolták a mérésünket? ............................................................................... .............................................................................................................................................................



............................................................................................................................................................. Számítsd ki a mérésed relatív hibáját! Az olaj fajhője 1,52 kJ/kg °C.

Az ismeretek ellenőrzése: 1. 2. 3. 4. 5.

Mit nevezünk termikus kölcsönhatásnak? Mi a kaloriméter? Mit nevezünk hőtanilag zárt rendszernek? Mit nevezünk Joule-féle hőnek? Mi a relatív hiba?

Felhasznált szakirodalom: Fizika 10, Mozaik kiadó, Szeged 2012


A mérés célkitűzései: Kaloriméter segítségével az étolaj fajhőjének kísérleti meghatározása a Joule-féle hő segítségével

Recommend Documents