Observationsexperiment

Inledning
Den här laborationen går ut på att värma olika vattenvolymer  med en doppvärmare och försöka få fram ett samband mellan den energi som tillförs och vattenvolymens massa.

I laborationen finns det två olika uppgifter. I den första uppgiften gör man en separat mätning där man värmer en viss mängd vatten, och senare gör att diagram i excel som visar ett samband mellan den tillförd energin och temperaturökningen. I den andra uppgiften gör man flera mätningar där man varierar massan, och senare göra ett diagram i excel där man visar ett samband mellan den tillförd energin och massan.

Material 
Termos, vatten,våg, doppvärmare, digital termometer, klocka

Utförande 
Först gör vi gör vi uppgift 1. Det första vi gjorde var att mäta upp en viss mängd vatten genom att fylla en termos med vatten, mäta vattenvolymens massa genom att sätta termosen på en våg och nollställa termosens massa. Den massa vi fick var 285 gram. Innan vi började värma vattnet bestämde vi vattnets start temperatur, hur lång tid vi skulle värma vattnet och de mätintervallen vi skulle använda oss av. Sedan började vi processen med att värma vattnet genom att sänka ned doppvärmaren i vattnet, koppla in den och samtidigt ha våran digitala termometer i vattnet. Under uppvärmningen tog en person tid, en höll reda på temperaturändringen och en person antecknade temperaturändringen efter en viss tid.

Det mätintervall vi använde oss av var först 30 sekunder(från 0-30 sekunder), efter det mätte vi temperaturändringen var tionde sekund.
Den tillförda energin vid varje intervall kunde vi räkna ut genom att multiplicera doppvärmarens effekt (300W) med den tid vi då hade värmt vattnet.

I uppgift 2 gjorde vi i princip samma uppvärmnings process som i uppgiften 1, skillnaden var att vi gradvis ökade vatten volymen  med 50 kubikcentimeter och bestämde att vi skulle ta tid tills det att vattnets temperatur hade ökat med 10 grader.
I den första mätningen var vattnets volym 200,46 cm3, i den andra 252,37 cm3,  i den tredje 303,59 cm3 och i den sista 352 cm3.

Resultat: 
Det värde man vill få genom experimentet är vattnets specifika värmekapacitet.
I den första uppgiften är massan konstant. Detta gör att k-värdet då är vattnets specifika värmekapacitet för den massa man uppvärmer. För att får fram linjens lutning har jag därför använt mig av linjär regression, på så sätt får jag den genomsnittliga lutningen och det genomsnittliga värmekapaciteten.

I diagrammet kan man se att k-värdet är 1166 J/(0,285kg.K) för den massa vi uppvärmde, alltså 285 gram.Detta stämmer ganska bra med vattnets värmekapacitet, som är 4,2 J/(kg. K) för 1 kg vatten.

I den andra uppgiften gjorde jag inte en linjär regression eftersom man tydligt kunde se att ett värde var avvikande och inte stämde (det sista värdet). Men här funkar det på samma sätt som i första uppgiften. K-värdet är vattnets specifika värmekapacitet, men skillnaden är att här är temperaturskillnaden konstant.

Vattnets specifika värmekapacitet, vattnets temperaturskillnad och vattnets massa kan skrivas ihop i en formel med energitillförseln. Den lyder: E = cxmxT där T = temperaturskillnaden. E är den energi som krävs för att höja  temperaturen på en viss mängd vatten. Och energitillförseln som krävs beror på vattnets specifika värmekapacitet, mängden vatten/vattnets massa och temperaturskillnaden. Med temperaturskillnad menar man skillnaden mellan den temperatur T0 som vattnet har efter energitillförseln och temperaturen T som vattnet hade innan energitillförseln ( T= T0-T).
I det här experimentet försökte vi få fram ett samband mellan energitillförseln och massan när temperaturskillnaden var konstant, och ett samband mellan energitillförseln och temperaturskillnaden när massan var konstant. I formeln E = cxmxT ser man tydligt att om m är konstant(experiment 1) beror bara energitillförseln på c och m. Således om man gör ett diagram med E på y-axeln och T på x-axeln blir c k-värdet. Samma sak gäller om T är konstant(experiment 2) och man gör ett digram där E är på y-axeln och m på x-axeln. c blir då också k-värdet.




Felkällor:
I det sista värdet på uppgiften 2 kan man lätt se att någonting gick snett. Värdet säger att det tar mindre energi att värma upp 350 gram vatten än 300 gram, detta stämmer såklart inte. Att mätvärdet blev fel kan bero på att vi räknade fel med temperaturökningen