Applikationsexperiment
Inledning
I laborationen innan bevisande vi följande slutsats: För att åstadkomma temperaturändringen T hos massan m av ett ämne, måste energin E tillföras eller avges enligt formeln E = c x m x T (där c= ämnets specifika värmekapacitet och T är temperaturförändringen).
I den här laborationen skulle man använd slutsatsen för att lösa ett nytt problem. Man kunde antingen hitta på ett eget problem eller göra ett experiment som visades på en laborationsanvisning, min grupp
och jag valde att göra ett/två experiment som stod i anvisningen. Experimentet gick ut på att bestämma ett föremåls specifika värmekapacitet och densitet samt därigenom bestämma vilket ämne föremålet består av.
Material
Termos, mätglas, stativ, trefot, bägare, termometer, gasbrännare, tråd, droppbägare och en metallbit.
Utförande
Metallbitens specifika värmekapacitet
Vi började med att mäta upp en vattenmassa på 252 gram med temperaturen 20.9 grader i en termos. Sedan satte vi upp vårt stativ på bordet. Under stativet placerade vi en trefot, ovanpå trefoten hade vi en bägare fylld med vatten. Efter det skulle vi sänka ner våran metallbit i bägaren ovanpå trefoten. Detta gjorde med att linda in biten och göra en knut runt metallbiten med en tråd. Sedan knöt vi fast andra änden av tråden i stativet - på så sätt kunde metallbiten vara nersänkt i bägaren utan att någon av oss höll i tråden. Sen gjorde vi följande: satte på vår gasbrännare och placerade den under trefoten, sänkte ner en termometer i vattnet och lät vattnet (i bägaren med metallbiten i sig) värmas upp till 100 grader.
Efter vattnet hade värmts upp till 100 grader lät vi metallbiten vara kvar i en liten stund. Sedan drog vi upp metallbiten ur bägaren, och flyttade metallbiten från det uppvärmda vattnet till vattnet i termosen. Det sista vi gjorde var att efter en liten stund mäta temperaturen på vattnet i termosen med vår termometer.
I resultat går jag igenom hur vi använde oss av den information vi fick i den här proceduren till vårt uträknande av metallens specifika värmekapacitet.
Metallbitens densitet
För att kunna bestämma med säkerhet vilket ämne metallen består av behövde vi få fram två olika värden. Det andra värdet vi skulle bestämma var således metallbitens densitet. Vi började med att fylla en droppbägare med vatten, och väga droppbägaren fylld med vatten på en våg. Sedan ställde vi en bägare under droppbägaren, och lyfte i metallbiten i droppbägaren. Efter det noterade vi hur mycket vatten som rann ut i bägaren under droppbägaren samt vägde droppbägaren med metallbiten och återstående vatten i sig.
Jag går också igenom i resultat hur vi använde oss av de värden vi fick fram under detta förlopp för att bestämma metallens densitet.
Resultat
Metallbitens densitet
Droppbägaren fylld med vatten vägde totalt 323 gram och droppbägaren med vatten och metallbiten vägde totalt 396 gram. Metallbiten vägde alltså 396- 323 gram = 76 gram. Volymen på den mängd vatten som metallbiten trängde undan (ner i bägaren) var 40 ml / 40 kubikcentimeter. Enligt Arkimedes princip är följaktligen metallbitens volym 40 cm3.
Densiteten (P) blir då 76 gram / 40 cm3 = 2,82 g/cm3
Metallbitens specifika värmekapacitet
Vattnets massa i termosen var 0.252 kg och hade temperaturen 20.0 grader. Metallbiten med massan 0.076 kg hade värmts upp till 100 grader och flyttats över till termosen. Sluttemperaturen för vattnet i termosen blev 26,3 grader. Denna information hade vi som underlag för att räkna ut metallbitens specifika värmekapacitet.
Lösning:
Vattnet i termosen tar emot värmen c x m x (T-To)
Metallbiten avger värmen c x m x (To -T)
(To = starttemperaturen på vattnet i termosen, T = temperaturen på vattnet efter metallbiten hade flyttas över)
upptagen energi = avgiven energi
= 4910 x 0,252 x (26,3-20,9) = c x 0.076 x (100-26,3)
Här är c den ända okända faktorn, och c är metallbitens specifika värmekapacitet. När jag löser ut c får jag värdet 1,017 kj/(kg.k) OBS här har jag försummat termosens specifika värmekapacitet. Det kan jag göra eftersom den är mycket liten jämfört med vattnets. Det vet jag eftersom materialet i en termos ska inte kunna ta bort värmeenergi får dess innehåll.
Diskussion
Här har vi alltså fått fram två stycken värden, ett på materialets densitet och ett på materialets specifika värmekapacitet. Om man då börjar med att titta på metallers olika densitetsvärden(det är ju redan framgått att materialet är någon form av metall), stämmer vårt värde mycket bra överens med aluminiums. Aluminiums densitet är 2,7 g/cm3 och det värde fick var 2,82 g/cm3. De här värdena är mycket nära varandra - med tanke på att vi inte använde oss av några avancerade verktyg under vårt experiment. När det gäller ämnets specifika värmekapacitet stämmer det också mycket bra överens med aluminiums specifika värmekapacitet. Aluminiums specifika värmekapacitet är 900 J(kg.k) och det värde vi fick fram var 1,017 J/(kg.k). Visserligen avviker värdena från varandra, men det är så pass lite att jag med stor säkerhet kan säga att metallen är aluminium.
Min slutas blir således: Ämnet som metallbiten består av går inte att avgöra med 100% säkerhet. Men eftersom det finns många olika saker som kan ha blivit felmätta -som t.ex temperaturmätningar - drar jag ändå slutsatsen att jag med ganska stor säkerhet kan säga att metallen som föremålet besår av är aluminium.
Felkällor
I resultatet ser man tydligt att vi kom närmare tabellvärdet för densitet jämfört med tabellvärdet för specifik värmekapacitet. Eftersom vi inte gjorde några temperaturmätningar när vi skulle få fram metallbitens densitet och vi gjorde en massa temperaturmätningar när vi skulle få fram metallbitens specifika värmekapacitet, är det antagligen någon eller några temperaturmätningar som är felaktiga.
Det värde vi fick är en mindre än tabellvärdet. Det mest troliga tror jag är att metallbiten hade en temperatur som var mindre än 100 grader när vi la i den i termosen. Massan på metallbiten och temperaturändringen i termosen tror jag är mycket svårare att göra särkilt stora mätfel på jämfört med att mäta metallbitens temperatur med stor precision under hektisk uppvärmning.
- Ta temperatur på vattnet i termosen precis innan man ska flytta över metallbiten till termosen. Vattentemperaturen i termosen kan ändras på grund av lufttemperaturen.
- Ha kvar metallbiten en liten stund efter vattnet i bägaren har nått 100 grader. Detta gör att värmen har också tid att sprida sig/värma upp metallbiten till samma temperatur som vattnet.
Metallbitens specifika värmekapacitet
Vi började med att mäta upp en vattenmassa på 252 gram med temperaturen 20.9 grader i en termos. Sedan satte vi upp vårt stativ på bordet. Under stativet placerade vi en trefot, ovanpå trefoten hade vi en bägare fylld med vatten. Efter det skulle vi sänka ner våran metallbit i bägaren ovanpå trefoten. Detta gjorde med att linda in biten och göra en knut runt metallbiten med en tråd. Sedan knöt vi fast andra änden av tråden i stativet - på så sätt kunde metallbiten vara nersänkt i bägaren utan att någon av oss höll i tråden. Sen gjorde vi följande: satte på vår gasbrännare och placerade den under trefoten, sänkte ner en termometer i vattnet och lät vattnet (i bägaren med metallbiten i sig) värmas upp till 100 grader.
Efter vattnet hade värmts upp till 100 grader lät vi metallbiten vara kvar i en liten stund. Sedan drog vi upp metallbiten ur bägaren, och flyttade metallbiten från det uppvärmda vattnet till vattnet i termosen. Det sista vi gjorde var att efter en liten stund mäta temperaturen på vattnet i termosen med vår termometer.
I resultat går jag igenom hur vi använde oss av den information vi fick i den här proceduren till vårt uträknande av metallens specifika värmekapacitet.
Metallbitens densitet
För att kunna bestämma med säkerhet vilket ämne metallen består av behövde vi få fram två olika värden. Det andra värdet vi skulle bestämma var således metallbitens densitet. Vi började med att fylla en droppbägare med vatten, och väga droppbägaren fylld med vatten på en våg. Sedan ställde vi en bägare under droppbägaren, och lyfte i metallbiten i droppbägaren. Efter det noterade vi hur mycket vatten som rann ut i bägaren under droppbägaren samt vägde droppbägaren med metallbiten och återstående vatten i sig.
Jag går också igenom i resultat hur vi använde oss av de värden vi fick fram under detta förlopp för att bestämma metallens densitet.
Resultat
Metallbitens densitet
Droppbägaren fylld med vatten vägde totalt 323 gram och droppbägaren med vatten och metallbiten vägde totalt 396 gram. Metallbiten vägde alltså 396- 323 gram = 76 gram. Volymen på den mängd vatten som metallbiten trängde undan (ner i bägaren) var 40 ml / 40 kubikcentimeter. Enligt Arkimedes princip är följaktligen metallbitens volym 40 cm3.
Densiteten (P) blir då 76 gram / 40 cm3 = 2,82 g/cm3
Metallbitens specifika värmekapacitet
Vattnets massa i termosen var 0.252 kg och hade temperaturen 20.0 grader. Metallbiten med massan 0.076 kg hade värmts upp till 100 grader och flyttats över till termosen. Sluttemperaturen för vattnet i termosen blev 26,3 grader. Denna information hade vi som underlag för att räkna ut metallbitens specifika värmekapacitet.
Lösning:
Vattnet i termosen tar emot värmen c x m x (T-To)
Metallbiten avger värmen c x m x (To -T)
(To = starttemperaturen på vattnet i termosen, T = temperaturen på vattnet efter metallbiten hade flyttas över)
upptagen energi = avgiven energi
= 4910 x 0,252 x (26,3-20,9) = c x 0.076 x (100-26,3)
Här är c den ända okända faktorn, och c är metallbitens specifika värmekapacitet. När jag löser ut c får jag värdet 1,017 kj/(kg.k) OBS här har jag försummat termosens specifika värmekapacitet. Det kan jag göra eftersom den är mycket liten jämfört med vattnets. Det vet jag eftersom materialet i en termos ska inte kunna ta bort värmeenergi får dess innehåll.
Diskussion
Här har vi alltså fått fram två stycken värden, ett på materialets densitet och ett på materialets specifika värmekapacitet. Om man då börjar med att titta på metallers olika densitetsvärden(det är ju redan framgått att materialet är någon form av metall), stämmer vårt värde mycket bra överens med aluminiums. Aluminiums densitet är 2,7 g/cm3 och det värde fick var 2,82 g/cm3. De här värdena är mycket nära varandra - med tanke på att vi inte använde oss av några avancerade verktyg under vårt experiment. När det gäller ämnets specifika värmekapacitet stämmer det också mycket bra överens med aluminiums specifika värmekapacitet. Aluminiums specifika värmekapacitet är 900 J(kg.k) och det värde vi fick fram var 1,017 J/(kg.k). Visserligen avviker värdena från varandra, men det är så pass lite att jag med stor säkerhet kan säga att metallen är aluminium.
Min slutas blir således: Ämnet som metallbiten består av går inte att avgöra med 100% säkerhet. Men eftersom det finns många olika saker som kan ha blivit felmätta -som t.ex temperaturmätningar - drar jag ändå slutsatsen att jag med ganska stor säkerhet kan säga att metallen som föremålet besår av är aluminium.
Felkällor
I resultatet ser man tydligt att vi kom närmare tabellvärdet för densitet jämfört med tabellvärdet för specifik värmekapacitet. Eftersom vi inte gjorde några temperaturmätningar när vi skulle få fram metallbitens densitet och vi gjorde en massa temperaturmätningar när vi skulle få fram metallbitens specifika värmekapacitet, är det antagligen någon eller några temperaturmätningar som är felaktiga.
Det värde vi fick är en mindre än tabellvärdet. Det mest troliga tror jag är att metallbiten hade en temperatur som var mindre än 100 grader när vi la i den i termosen. Massan på metallbiten och temperaturändringen i termosen tror jag är mycket svårare att göra särkilt stora mätfel på jämfört med att mäta metallbitens temperatur med stor precision under hektisk uppvärmning.
- Ta temperatur på vattnet i termosen precis innan man ska flytta över metallbiten till termosen. Vattentemperaturen i termosen kan ändras på grund av lufttemperaturen.
- Ha kvar metallbiten en liten stund efter vattnet i bägaren har nått 100 grader. Detta gör att värmen har också tid att sprida sig/värma upp metallbiten till samma temperatur som vattnet.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar