Lucrarea IX

DETERMINAREA CLDURII SPECIFICE A UNUI LICHID CU

CALORIMETRUL ELECTRIC HIRN

Consideraii teoretice La trecerea unui curent electric printr-o rezisten, energia electric E se transform

n cldura Q, rezistena nclzindu-se. Este efectul Joule-Lenz sau efectul termic al curentului electric. Conform principiului conservrii energiei, cantitatea de cldur degajat ntr-un timp dat, este egal cu energia electric consumat n acelai timp.

Energia unui curent electric de intensitatea I care circul printr-un rezistor cu rezistena R, n timpul , este:

E = RI2 = Q (1) Energia electric i cantitatea de cldur, care este o energie transmis, se msoar

n aceleai uniti de msur i anume joule (J) n S.I. Dac rezistena electric se afl ntr-un calorimetru ce are capacitatea electric K,

coninnd un lichid oarecare de mas m i cldur specific c, cantitatea de cldur degajat n lichid va fi urmat de o cretere a temperaturii lichidului cu t . Neglijnd pierderile de cldur n exterior, vom putea scrie acum egalitatea ntre cldura cedat de ctre rezistena electric i cea primit de lichid:

RI2 = (mc + K) t (3) Din aceast relaie se poate calcula cldura specific cunoscnd prin msurare

celelalte mrimi. n lucrarea de fa se evit msurarea mrimilor electrice i a timpului, folosindu-se

dou calorimetre identice. Prin cele dou rezistene egale, legate n serie i aezate fiecare n cte un calorimetru, trece un curent electric ntr-un interval de timp dat. Cantitile de cldur degajate de ctre rezistene n cele dou calorimetre vor fi aceleai, datorit egalitii valorilor rezistenelor, precum i faptului c trece acelai curent electric ntr-un acelai interval de timp. Dac n primul calorimetru punem un lichid de mas m1 i cldura specific c1, iar n al doilea, un lichid de mas m2 i cldur specific c2, creterile de temperatur fiind t 1 i respectiv t 2, putem scrie:

Q = (m1c1 + K) t 1 Q = (m2c2 + K) t 2 (m1c1 + K) t 1 = (m2c2 + K) t 2

De aici se poate determina cldura specific a unuia dintre lichide (de exemplu., c2), cunoscnd-o pe a celuilalt (c1), cu relaia:

22

21112

)(tm

tKtKcmc += (4)

NedelcuText introdus

NedelcuText introdusNedelcu Alexandru

Dac n primul calorimetru se afl ap distilat, atunci: c1 = 4180 J / Kggrd

Descrierea aparatului Aparatul este format dintr-o cutie de lemn nchis n fa i n spate cu cte un geam

de plexiglas gros pentru asigurarea unei nclziri termice satisfctoare fa de mediul nconjurtor. n aceast cutie se introduc dou calorimetre identice, 1, din aluminiu i avnd pereii dubli (fig. 1). Cele dou rezistene, 3, sunt prinse n uruburi la capetele unor bare metalice de susinere. Ansamblul rezistene-bare se poate mica n sus i n jos, permind scoaterea i introducerea calorimetrelor n cutie. n fiecare calorimetru se introduce cte un agitator, 4, manevrat manual i cte un termometru, 2. Pentru a realiza condiiile expuse mai sus, trebuie ca agitatoarele s fie identice, de asemenea termometrele. Reostatul 5 introdus n circuit permite reglarea intensitii curentului, intensitate msurat de ampermetrul A. Deoarece cunoaterea exact a intensitii curentului nu este necesar, ampermetrul servete de fapt drept indicator imediat al nchiderii circuitului electric, nchidere care se realizeaz cu ntreruptorul 6. Circuitul se alimenteaz de la o reea de curent alternativ de tensiune obinuit (220 V). Trebuie avut n vedere ca intensitatea curentului s nu depeasc o anumit valoare, pentru a nu se arde rezistenele.

Prin metoda descris se poate determina n principiu cldura specific a oricrui lichid. n laboratorul nostru se determin cldura specific a glicerinei.

Modul de lucru 1. Dup ce au fost scoase cu grij din aparat cele dou calorimetre pentru a fi

umplute cu ap distilat i glicerin, se tamponeaz cu hrtie de filtru rezistenele, bornele, agitatoarele i termometrele pentru nlturarea lichidului rmas de la experiena precedent.

2. ntr-un calorimetru, de exemplu, n cel din dreapta, se toarn o cantitate de glicerin de mas m2, iar n cellalt o cantitate de ap distilat m1, n aa fel nct cele dou vase s se umple pn la aproximativ 0,5 cm de la gurile lor. Determinarea maselor de lichid se face cntrind la o balan de precizie nti vasul gol, apoi cu lichid i fcnd diferena ntre valorile obinute. Este necesar atingerea unei precizii n cntrire de ordinul zecimii de gram.

3. Dup nclzirea circuitului electric, se regleaz intensitatea curentului cu ajutorul reostatului, pn cnd rezistenele sunt aduse la rou. Rezistena lor fiind aceeai i strlucirea lor n aer trebuie s fie aceeai; acest lucru se poate constata suficient de bine cu ochiul liber.

Fig. 1

4. Dup ce calorimetrele cu cele dou lichide au luat temperatura camerei, se introduc n aparat, se coboar agitatoarele i termometrele n aa fel ca s nu se ating ntre ele i s nu ating nici calorimetrele.

5. Se citesc temperaturile iniiale t1 i respectiv t2, care s-ar putea s nu fie identice din cauza eventualelor deplasri ntre punctele 0C i 100C ale celor dou termometre. Pentru o citire precis se va folosi lupa. Este indicat s lucreze simultan doi studeni, fiecare urmrind variaia de temperatur a cte unui lichid.

6. Se nchide circuitul electric meninnd n tot timpul experienei un curent constant (de ex. 4 A) i se agit continuu. Glicerina, avnd o capacitate caloric mai mic dect apa, i va ridica mai repede temperatura.

7. Dup ce temperatura glicerinei va crete cu circa 10 fa de cea iniial, cei doi studeni vor citi i nota simultan, temperaturile finale t1 pentru ap i t2 pentru glicerin. Dup aceea se va deschide circuitul electric.

Creterile de temperatur vor fi pentru ap i respectiv pentru glicerin: 1t = t1 t1 2t = t2 t2

Cldura specific a glicerinei (c2) se va calcula cu relaia (4), care devine:

22'22

11112 )(

)')((mK

ttmttKcmc

+= Pentru laboratorul nostru, capacitatea caloric K a celor dou calorimetre a fost

msurat i are valoarea comun K = 42,0 J / grd. Se va calcula eroarea absolut maxim asupra lui c2 folosind formula (4). Erorile

absolute ale mrimilor date (K i c1) se vor lua innd seama de ultimele cifre semnificative. Eroarea asupra diferenei de temperatur este egal cu suma dintre eroarea de citire a temperaturii iniiale i cea a temperaturii finale, fiecare dintre acestea fiind egal cu cea mai mic diviziune de pe scara termometrelor folosite. Eroarea asupra masei este egal cu cea mai mic diviziune folosit la cntrire. Cu rezultatele obinute n urma msurtorilor i a calculului erorilor se va alctui un tabel de forma:

Nr. m1 (kg) m2

(kg) 1t

(C)2t

(C) 2c

(J/kg.K)2C

%

2C %

(c2 2c ) J/kg.K