FYSIKRAPPORT

P I A J E N S E N , 1 . X
I G R U P P E M E D H E N N I N G O G C H R I S T I N A K
FYSIKRAPPORT
STOFFERS SPECIFIKKE VARMEFYLDE
(HENNING DYREMOSE OM MORGENEN!!)

FYSIKRAPPORT
STOFFERS SPECIFIKKE VARMEFYLDE
FORMÅL
Formålet med denne rapport er at finde ud af hvad forskellige stoffers specifikke
varmefylde er. Vi valgte stofferne aluminium, jern, messing og glas.
TEORI
Teorien bag den specifikke varmfylde ligger på formelen for varmeenergi, som lyder
på denne måde:
Q c⋅m⋅ ∆T
I ligning (1) står Q for energien i joule, c står for den specifikke varmefylde i
J/(kg·K), m står for massen i kg og til sidst står ∆T for temperaturforskellen i kelvin (der
dog lige så godt kunne stå med betegnelsen °C, da det jo er de samme enheder disse to
temperaturskalaer bruger). Med denne formel kan jeg altså, hvis jeg omskriver den lidt,
finde den specifikke varmefylde hvis det gives at jeg har de tre andre faktorer.
Omskrivningen er ligning nummer (2):
c
2
Q
m⋅ ∆T
Dette kan man jo logisk nok også se ved at kigge på benævnelsen for c, da den jo er
J/(kg·K), som er det samme som ovenfor, bare med benævnelser.
Ligning (2) kan man dog som sagt kun bruge hvis man kender variablerne Q, m og
∆T. Vi kender m og ∆T efter målinger, men Q er vi nødt til at regne os til ved at se hvor
megen energi vandet får tilført. Her bruger vi så bare ligning (1), hvor vi jo har målt m og
∆T for både vand og kalorimeter og kan finde begges specifikke varmefylde i databogen.
Når vi sætter dette sammen med ligning (2) vil det give dette:
(1)
(2)

c
( cvand ⋅mvand + ckalorimeter⋅ mkalorimeter) ⋅∆Tvand_og_kalorimeter
mmateriale⋅ ∆Tmateriale Her i formel (3) har jeg både formlerne (1) og (2) med, bare sammentrukne og med
benævnelser forneden, da det ellers ville blive helt umuligt at tyde hvilke målinger der
skulle hvorhen.
FORSØGSOPSTILLING OG BESKRIVELSE AF ØVELSENS UDFØRELSE
For at finde den specifikke varmefylde for de fire forskellige stoffer vi valgte
(aluminium, jern, messing og glas) startede vi med at varme dem op til 100 °C ved at
lægge dem i vand i en kogekedel og derefter få det i kog. Derved var det jo ikke kun
vandet, men også stoffet der var blevet varmet op. Før alt dette havde vi
vejet loddet, den inderste del af et kalorimeter og vandet vi havde hældt
heri. Så målte vi temperaturen på vandet, og dermed også kalorimeteret,
og sænkede loddet ned. Herefter målte vi temperaturen hele tiden for at
se hvor langt den kunne op. Vi tog den højeste værdi den kom op på, da
3
(3)
det jo er et udtryk for den temperatur,
der er blevet varmet op til, hvorefter
temperaturen begynder at falde lige så
langsomt igen.
Dette gentog vi tre gange for hvert
stof for at få en tilnærmelsesvis præcis
udregning af den specifikke varmekapacitet for de fire forskellige materialer. Derefter
kunne vi fra de forskellige målte størrelser, temperatur før og efter og masse af stofferne
fastslå de forskellige specifikke varmekapaciteter. Dette forklarer jeg yderligere i det
næste afsnit.

MÅLERESULTATER OG BEHANDLING AF DISSE
Den inderste del af messingkalorimeteret havde en masse på 180 g og en specifik
varmekapacitet på 390 J/(kg·K).
Type af materiale Aluminium Jern Glaskolbe Messing
m af materiale 100 g 245 g 10,86 g 200 g
c fra databogen 896 J/kg*K 452 J/kg*K 840 J/kg*K 390 J/kg*K
Gennemsnitligt beregnet c 827,935 429,56 1071,335 363,692 (a)
1 mvand 383,2 464,15 457,8 435,12 (b)
Tstart 17 16,8 17 17,1 (c)
Tslut 20,8 21 17,5 20,2 (d)
∆T 3,8 4,2 0,5 3,1 (e)
Beregnet c 802,578 435,241 1153,756 369,861 (f)
Fejlprocent 10,43% 3,69% 37,35% 5,16% (g)
2 mvand 473,3 462,25 452,2 450,12
Tstart 16,8 16,8 17 17,3
Tslut 20,1 21 17,5 20,2
∆T 3,3 4,2 0,5 2,9
Beregnet c 853,975 424,569 1140,142 357,484
Fejlprocent 4,69% 5,85% 35,73% 8,34%
3 mvand 444 456,89 456,31 458,28
Tstart 16,9 16,8 17,1 17,3
Tslut 20,3 21 17,5 20,2
∆T 3,4 4,2 0,4 2,9
Beregnet c 827,251 428,769 920,107 363,732
Fejlprocent 7,67% 5,14% 9,54% 6,74%
For at finde tallene i (b), (c) og (d) har jeg for (b)’s tilfælde vejet kalorimeteret med og
uden vand og trukket de to tal fra hinanden. I (c) og (d)’s tilfælde har jeg målt med et
termometer før og under forsøget. (e) har jeg fundet ved at trække (c) fra (d). (f) fandt jeg
ved at sætte de forskellige tal fra skemaet ind i formel (3) som for eksempel ved det
første forsøg med aluminium:
( 4182 ⋅0.3832 + 390⋅0.18 ) ⋅3.8
= 802.578
0.1⋅( 100 − 20.8 )
(g) fandt jeg ved at trække den specifikke varmekapacitet fra mine udregninger fra
værdien i databogen og derefter dividere dette tal med den samme sum fra databogen og
gange med 100:
4
(f)

896 − 802.578
896
⋅100 = 10.427
Til sidst fandt jeg (a) ved at tage alle tre (f) værdier og finde gennemsnittet ved at
lægge dem sammen og dividere med tre:
802.578 + 853.975 + 827.251
3
5
= 827.935
FEJLKILDER OG USIKKERHEDER
Af fejlkilder kan jeg nævne termometeret, der jo selv er lavet af metal, og derfor vil
optage noget af systemets varme selv. Dette får én til at tro at vandet bliver varmet
dårligere op end det egentlig burde gøre, og dette indvirker på den specifikke varmefylde
så den bliver mindre end den burde være. Selv en tiendedel grad vil kunne give en
tydeligt ændring i værdien for c.
Desuden er der kogekedlen, hvor vi heller ikke kan være sikre på at loddet bliver
varmet helt op til 100 °C. Hvis den nu kun varmede op til 98 °C ville vi igen tro at der
var en mindre specifik varmekapacitet.
Hvis noget af vandet fordamper, vil der derved også være en lille fejlprocent, da vi
derved vil tro at vandet bliver varmet mere op end det egentlig gør, dette vil indvirke på
den specifikke varmefylde ved at vi endnu engang tror den er mindre.
En smule af varmen vil også gå til en lille smule luft der er mellem de to dele af
kalorimeteret. Dette vil igen give os den tro at c er mindre.
Databogen kan også give fejlprocenter, da den specifikke varmekapacitet for både
kalorimeter og vand jo er herfra.
Desuden bør man også bruge større mængder af materiale, både vand og stoffet man
skal måle ud fra. Dette vil give et mere præcist resultat, da der her vil være en mindre
overflade i forhold til rumfanget der vil kunne slippe varme ud til omgivelserne fra.
(g)
(a)

Den sidste fejlkilde er omrøring i vandet efter man har sænket loddet derned. Både
friktionen med luften ovenover og omrøringspinden optager varme, og dette vil give et
lille udslag der endnu en gang vil få én til at tro der er en mindre værdi for den specifikke
varmekapacitet.
KONKLUSION
Vi fandt de forskellige materialers specifikke varmekapacitet ved at varme dem op og
sænke dem ned i vand i et kalorimeter. Ved at skrive lidt om på formelen for
varmeenergi fandt jeg en ligning for at finde den specifikke varmekapacitet, som jeg
derved kunne bruge til at finde frem til varmekapaciteten ved kun en enkelt udregning.
Målet er opnået, dog fandt vi ud af at der ved glaskolben var en stor misvisning, højest
sandsynligt på grund af den meget begrænsede temperaturstigning som vi ikke kunne
måle præcist.
6