Testexperiment- stämmer det?

Inledning:

I dagens experiment undersöktes om hypotesen som konstaterades i föregående experiment stämmer? Alltså stämmer formeln E=C*m*ΔT? För att undersöka om vår hypotes stämde beräknades först ut hur mycket energi som krävs för att värma olika mängder vatten med hjälp av formeln (E=C*m*Δt). Därefter genomförde vi undersökningen för att sedan jämföra resultaten med våra beräkningar. De resultat ifrån föregående experiment är:

C=4,0 KJ/Kg*°C

För att se hur jag kom fram till att C=4,0 KJ/Kg* °C se föregående experiment.

Bild 1. Visar experimentuppställningen.

Material och metod:

Med hjälp av resultaten i föregående experiment beräknades energimängden för att värma upp olika mängder vatten. Där vi bestämde att ΔT, temperaturändringen var 10°C. Därefter fylldes en termos med den förutbestämda mängden vatten och temperaturen på vattnet mättes. En doppvärmare fördes sedan i vattnet och tidtagningen startade. När vattnet hade värmts 10°C från ursprungstemperatur stoppades tidtagningen och resultaten antecknades.

Resultat:

Tabell 1. Visar de olika resultaten.

För att räkna ut den energi som borde krävas för att värma upp vattnet 10°C. användes formeln:

E=C*m*ΔT

Ex.

E=4*200*10=

=8000J

För att räkna ut hur stor energimängd som krävdes för att värma upp vattnet användes formeln (E=P*t). Där P=300W (avlästes på doppvärmaren)och t är tiden

Ex.

E=38*300=11400J

Diskussion: 

Ur resultaten kan man utläsa den energi som skulle krävts för att värma upp vattnet samt den energi som faktiskt krävdes för att värma upp vattnet. När vattenmängden var 200g var energimängden 11400J och den skulle enligt beräknat vara 8000J. Det finns flertal felkällor till varför energimängden inte stämde överens. I och med att vattenmängden endast var 200g var dopparvärmaren för stor så hela aggregatet var inte i vattnet, och på så sätt tog det längre tid att värma upp vattnet. För att minska värmeförlusterna skulle en smalare bägare använts så att hela dopparvärmaren fick plats i vattnet.

Vid vattenmängderna 400g och 500g stämde resultaten någorlunda överens. Detta tyder på att E=C*m*ΔT stämmer. Vid vattenmängden 600g krävdes det 20880J för att värma upp vattnet och det skiljde sig åt det vi beräknade, 24000J. En möjlig anledning till varför det skilde sig åt kan ha berott på omrörningen. När man rör om vattnet sprider sig värmen i vattnet fortare och på så sätt höjs temperaturen snabbare. När man inte rör om vattnet centrerar sig värmen i mitten på termosen och det tar längre tid för vattnet att bli uppvärmt. Om man jämför de två resultaten vid 200g skiljer sig tiden åt med 3 sekunder, detta kan också har berott på omrörningen av vattnet.

För att få ett mer sanningsenligt resultat skulle även fler mätningar gjorts.

Vattnets värmekapacitet i föregående experiment var 4,0 KJ/Kg*°C. Som tidigare sagt är vattnets specifika värmekapacitet 4,18KJ/Kg*°C vilket skiljer sig åt det vi kom fram till. Om vi hade använts vattnets specifika värmekapacitet hade resultaten troligtvis varit mer korrekta.

Slutsats: Utifrån dagens experiment kan slutsatsen dras att formeln E=C*m*ΔT stämmer.

Observationsexperiment- Hur mycket energi krävs för att värma vatten?

Inledning

Värme är den energi som överförs från en varmare ställe till en kallare. Detta sker enligt termodynamikens andra huvudsats för att utjämna temperaturskillnaden. När allt vatten har samma temperatur upphör energiöverföringen och det finns därmed ingen värme. Temperatur å andra sidan bestäms av molekylernas genomsnittliga hastighet. Höga molekyl-hastigheter ger höga temperaturer, låga hastigheter på molekylerna ger låga temperaturer.

När vi värmer vatten ökas dess temperatur vilket innebär att atomerna rör sig fortare. Mer rörelseenergi innebär en större rörelse och en högre temperatur. När vi värmer vatten ökas vattnets inre energi vilket är summan av dess rörelse-och lägesenergi. I detta experiment undersöks hur mycket energi som krävs för värma vatten en grad. Syftet med undersökningen är att hitta ett samband mellan energi och temperaturändringen. Finns ett samband mellan tillförd energi och temperatur?

Metod & Material

Bild 1. Visar experimentuppställningen. 

En bägare fylldes med 0,45kg vatten och temperaturen på vattnet mättes och antecknades. Därefter sattes en doppvärmare ner i vattnet och vi påbörjade tidtagningen. I tre minuter, var 30:e sekund mättes och antecknades vattnets temperatur. Vattenmängden hölls konstant under hela undersökningen.

Resultat:

Med hjälp av sambandet:
E=P*t
räknades energitillförseln genom att beräkna dopparvärmarens effekt (300W) multiplicerat med den förbestämda tiden 30s. Resultaten fördes in i en tabell som kan ses nedan (tabell 1)  

Av mätvärdena skapades en linjär funktion (diagram 1.) som beskriver sambandet mellan energitillförseln och temperaturändringen. Där temperaturändringen är den beroende variabeln och beror på energitillförseln. Dock visar y-x axeln tvärtom. Följande graf skapades:

y=1782x J/°C
= 1,8XKJ/°C. D.v.s. det kräver 1,8 KJ/°C för att värma upp 0,45kg vatten en grad. För att få reda på hur mycket det krävs för att värma ett kilo vatten gjordes beräkningarna:

1,8KJ/0,4 kg=4,0 kJ/kg*°C

Dvs. det krävs 4,0 KJ för att värma upp ett kilo vatten en grad.

Tabell 1. Tabellen visar hur energimängden och temperaturändring (ΔT) varierar med tiden.

Diagram 1. Beskriver förhållandet mellan temperaturförändringen och energitillförseln. Där x-axeln är den beroende variabeln och i detta fall temperaturändringen och y-axeln är energitillförseln och den oberoende variabeln.

Diskussion:

Detta betyder att vattnets värmekapacitet utifrån detta experiment är 4,0 KJ/Kg°C, dvs. det krävs 4,0 KJ för att värma upp ett kilo vatten en grad. Däremot är vattnets specifika värmekapacitet 4,18 J/Kg°C. Varför dessa två värden inte stämde överens beror på diverse felkällor.

Omrörningen av vattnet kan ha haft en stor påverkan på våra resultat, då omrörningen av vattnet inte hölls med en konstant hastighet. En snabbare omrörning gör så att värmen sprider sig snabbare i termosen och det går fortare för vattnet att bli varmt, och tvärtom vid långsammare omrörning. Energiförlusterna till omgivningen har troligtvis också haft en påverkan. För att få ett mer korrekt resultat skulle en mer isolerad termos använts. 

Slutsats:

Den slutsats som kan dras från detta experiment är att energimängden E kan fås genom att multiplicera C*massan(m)*temperaturändringen ΔT, alltså E=C*m*ΔT . Där C är vattnets värmekapacitet som i vårt fall var 4,0KJ/Kg°C,. I nästa experiment ska vi genomföra ett testexperiment där vi ska testa om formeln E=C*m*ΔT stämmer.