Soortelijke warmte koper

Het doel van de proef

Het doel is het bepalen van de soortelijke warmte van koper (ck). Ook bepalen we het rendement van het elektrisch verwarmen van water in de joulemeter.

Opstelling/uitvoering

Om deze proef correct uit te voeren hebben wij de volgende benodigdheden nodig; Een joulemeter, thermometer, staafje koper, maatglas, balans, V- en A-meter, een voeding, snoertjes en een stopwatch. Voor het eerste gedeelte van de proef, het bepalen van de soortelijke warmte van koper, beginnen we met het vullen van de joulemeter met 250 ml kraanwater van ca 24 graden Celsius. Dan leggen we het koperen staafje in kokend water en we stoppen dit blokje vervolgens snel in de joulemeter. We bepalen de hoogste temperatuur van het water in de joulemeter (28 graden Celsius). Voor het tweede gedeelte, het rendement bepalen van het elektronisch verwarmen van water, sluiten we de voeding aan op de joulemeter met daartussenin de voltmeter en de ampèremeter. We vullen de joulemeter met 150 ml water van ca 23 graden Celsius. We sluiten nu ook de weerstand aan. De thermometer steken we in het water en we meten de temperatuur op, totdat die zijn hoogste waarde heeft bereikt. We stellen de voeding zo in dat de voltmeter 10 V aangeeft. We nemen de tijd op totdat het water in temperatuur 10 graden C gestegen is.

Meetgegevens Hierin geven we de meetgegevens die we nodig hebben bij de uitwerking.

Onderdeel 1: De massa van het water is 0,250 Kg en de soortelijke warmte van warmte is volgens de Binas 4,18x103 . De begintemperatuur was 24 C en de eindtemperatuur was 28 C. De massa van het bakje was 0,225 Kg en de massa van het koperen blokje was 0,167 Kg.

Onderdeel 2: De gemeten spanning was 10 V en de stroomsterkte 1,79 A. Te tijd dat de joulemeter erover deed om het water 10C te verwarmen was vijf minuten, dus 300 seconden.

Uitwerking

Deel1

De soortelijke warmte van koper is te bepalen m.b.v. de volgende formule: mw.cw.(te-tb)+mbakje.ck.(te-tb) = mblokje.ck.(100-te)

Met invoeren van de meetgegevens wordt het de volgende formule, de soortelijke warmte van koper blijft alleen onbekend.

0,250x4,18x103(18-24)+0,225xCkx(28-24) = 0,167xCkx(100-28) vereenvoudigen

418x104+900ck = 4509ck

3609ck = 418x104

ck =1158 =1,2x103

In de conclusie gaan we verder in op deze uitkomst, en vergelijken deze met de literatuur waarden.

Deel 2 De elektrische energie die aan de joulemeter wordt toegevoerd is te bereken met de volgende formule. Energie die erin gaat: E=P.t=U.I.t
10.1,79.300 = E = 5370 J
Er is dus in totaal 5370 joule elektrische energie aan te joulemeter toegevoerd.

De warmte die erin gaat is te berekenen met de onderstaande formule: Q=m.c.dt 0,225.(4,18.103) .10 = 9405 Joule aan warmte was er nodig om het water 10 graden C te verwarmen.

Met de volgende formule is het rendement te berkenen van het verwarmingsproces.

Dit is een zeer vreemd resultaat, maar het was een te verwachte resultaat, omdat er meer warmte nodig was voor het verwarmen van het proces dan er geleverd (bijna 2 keer zoveel!!). In de Conclusie zullen we hier nader op ingaan.

Conclusie

We beginnen met het bespreken van de vreemde resultaten van deel 1 van de proef. De literatuurwaarden (zie Binas) geven dat de soortelijke warmte van Koper 0,387.103 J / Kg K is. We kwamen zelf uit op een soortelijke warmte van bijna 4 keer zo groot, namelijk 1,2x103 . Omdat in de formule die je nodig hebt voor het berekenen van de soortelijke warmte veel gemeten waarden voorkomen, is de kans vrij groot dat er meet onnauwkeurigheden zijn voorgekomen. Hoe meer getallen er worden gebruikt worden bij een formule, des te groter is de kans dat er afwijkingen ontstaan, maar met een factor 4 is wel erg extreem.

Over het tweede gedeelte van de proef is er helemaal een raar resultaat uitgesprongen, een rendement hoger dan 100%!! In deze formule worden veel gegevens gegeven en er moeten dus vreemde dingen gebeurd zijn, zoals bijvoorbeeld het verkeerd instellen van de stopwatch (meest voor de hand liggend) of het foutief aflezen van de ampèremeter (minder waarschijnlijk). Deze gegevens waren nodig voor het bepalen van de elektrische energie die aan de joulemeter is toegevoerd. Bereken we de warmte die erin gaat in joule, dan komen we op een gatal uit wat bijna 2 keer zo hoog ligt als het door ons berekende toegevoerde energie. Wat hier mis is gegaan is onduidelijk, want alle gegevens waren gegeven. Dus zullen we de oorzaak moeten zoeken bij de eerste toegepaste formule. Hier kunnen we echter geen duidelijke verklaring voor geven en we sluiten deze proef ook hierbij af.