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.