Experiment Soortelijke Warmte Messing 71401h

experiment soortelijke warmte van messing Oriëntatie “De soortelijke warmte (symbool c) is de hoeveelheid warmte (energie) die nodig is om de temperatuur van de eenheid van massa (1 kg) van een gegeven stof met 1 °C te verhogen.” http://www.cultureelwoordenboek.nl/index.php?lem=6442

De soortelijke warmte is te berekenen met de volgende formule: Hierin is Q de hoeveelheid warmte, m de massa (in kg), c de soortelijke warmte en ΔT de verandering van temperatuur (in graden Celcius of Kelvin) m en ΔT zijn te meten grootheden. Deze zijn dus zo in te vullen in de formule. Alleen is er dan nog sprake van twee onbekenden: Q en c. Om alsnog c te kunnen berekenen, maak je een vergelijking van de bovenstaande formule:

Qop = Qaf

ofwel Deze formule gaat in dit experiment gebruikt worden. Het metaal messing (CuZn) is een legering van koper en zink. De legering is geelachtig van kleur. Wanneer het lang wordt blootgesteld aan lucht, kleurt het donkerbruin. Er bestaan drie types messing:  Alfamessing, met minder dan 40% zink, is flexibel en kan koud gesmeed worden  Bètamessing, met meer zink naar verhouding, kan alleen heet gesmeed worden. Dit type messing is harder en sterker.  Wit messing, met meer dan 45% zink, is te bros om algemeen bruikbaar te zijn. De dichtheid van messing is 8500 kg/m2. (De soortelijke warmte 377 J/Kg/K). www.wikipedia.org en BINAS

Onderzoeksvraag Wat is de soortelijke warmte van messing?

Hypothese In BINAS tabel 8 is af te lezen dat de soortelijke warmte van koper 377 Joules per kilogram per Kelvin is, bij T = 293 K (kamertemperatuur). Het uiteindelijke resultaat van de proef die uitgevoerd gaat worden zal, waarschijnlijk, een resultaat opleveren met andere uitkomst, door (onopgemerkte) meetonzekerheden, zoals weergegeven op de tekening hiernaast. Bijvoorbeeld een thermometer die niet het juist aantal graden Celcius aangeeft, warmteverlies (via bijvoorbeeld het bekerglas, genoemd in de methode), een calorimeter die warmte afstaat (van het messing), etc.

, dus

Materiaal & Methode Materiaal  Blokje (bèta)messing: 264,4 gram  200 ml water: 201 gram  Thermometer(s): een groter aantal zorgt voor meer nauwkeurigheid  Dompelaar  Weegschaal  2 bekerglazen  Calorimeter (met daarin de 200 ml water) Methode 1. In een bekerglas wordt een hoeveelheid water geschonken. Zo’n 500 ml voldoet. Warm dit op d.m.v een dompelaar tot een constante temperatuur van 100 ⁰ C (meet met een thermometer!) 2. Neem een blokje messing. Weeg het en noteer de massa. Leg het blokje in de hoeveelheid water. Laat het opwarmen tot er gedacht wordt dat het materiaal dezelfde temperatuur heeft als het water. 3. Haal met een haakje het blokje messing uit het kokende water, en verplaats het zo snel mogelijk naar de calorimeter met de 200 ml gewogen water, met thermometer erin. 4. Als het blokje messing in de calorimeter zit, is het de bedoeling dat er gemeten wordt met hoeveel graden het water in de calorimeter stijgt. Belangrijk dus om de begintemperatuur te noteren! 5. Wanneer de temperatuur niet meer stijgt, noteer je de uiteindelijke temperatuur van het water.

6. Vergeet niet alle waarnemingen te noteren (en foto’s te maken!) 7. Herhaal de voorgaande stappen zo vaak mogelijk. Hoe meer waarnemingen en metingen, hoe betrouwbaarder de uiteindelijke resultaten. N.B.: Zorg dat er tijdens het experiment zo min mogelijk warmte verloren gaat, voor een zo precies mogelijke uitkomst.

8. Als alle metingen gedaan zijn en de resultaten genoteerd, kan de soortelijke warmte worden berekend door gebruik te maken van de formule(s) uit de oriëntatie.

Stap 2

Stap 2

Stap 3

Stap 4

(Op de foto’s is geen messing te zien, maar lood.)

Resultaten De massa van het blokje messing bedroeg 264,4 gram = 0,2664 kg De massa van de 200 ml water bedroeg 201,0 gram = 0,2010 kg De temperatuur van het kokende water bedroeg 102 ⁰ C. Er zijn drie metingen verricht, waar vergelijkbare uitkomsten uitkwamen. I Staat voor de temperatuur van de 200 ml water in de calorimeter voordat het blokje messing daar in gelegd werd. II Staat voor de temperatuur van de 200 ml water in de calorimeter nadat het blokje messing daar in gelegd werd. III Staat voor de temperatuurverandering ΔT van het water. IV Staat voor de temperatuurverandering ΔT van het blokje messing.

Meting 1 I = 19 ⁰ C II = 26 ⁰ C III = 7 ⁰ C IV = 76 ⁰ C

Meting 2 I = 19 ⁰ C II = 25 ⁰ C III = 6 ⁰ C IV = 77 ⁰ C

Meting 3 I = 19 ⁰ C II = 26 ⁰ C III = 7 ⁰ C IV = 76 ⁰ C

III en IV zijn bij elke meting uitgevoerd op de manier zoals hieronder op de tekening te zien is.

Met de gegevens uit de drie metingen en de voorgaande berekening, is het mogelijk zelf de soortelijke warmte van messing te bepalen. Dit gebeurt met de formule genoemd in de oriëntatie:

Het is dus de bedoeling dat

Vervolgens komt dit eruit:

En het uiteindelijke antwoord blijkt:

berekend wordt. Ingevuld is de formule:

Volgens de proef is de soortelijke warmte van messing dus 290,48 J/Kg/K.

Conclusie De gemeten soortelijke warmte van messing in deze proef (290,48 J/Kg/K), wijkt wel degelijk af van de eigenlijke soortelijke warmte (377 J/Kg/K) van messing. Mijn hypothese komt dus overeen met de resultaten. Het afwijken van de gemeten soortelijke warmte van messing in vergelijking met de “echte” soortelijke warmte, komt waarschijnlijk doordat er erg slecht of geen rekening is gehouden met meetonzekerheden zoals het afstaan van warmte van de calorimeter aan de omgeving, thermometers die de temperatuur niet juist weergeven. Er kan dus de conclusie getrokken worden dat deze manier om de soortelijke warmte van een stof te meten geen goede manier is, omdat de uitkomst, in dit geval, niet betrouwbaar genoeg is.

Discussie Uit deze proef is gebleken dat de manier waarop dit experiment uitgevoerd is niet betrouwbaar is en daarmee de resultaten ook niet. Om zekerheid te krijgen over het in zijn geheel niet betrouwbaar zijn van deze onderzoeksmethode zou de proef meerdere keren herhaald moeten worden, misschien op verschillende manieren en met verschillende stoffen. Er waren misschien ook betrouwbaardere resultaten naar voren gekomen als er meer metingen gedaan zouden zijn, allemaal op exact dezelfde manier. In plaats van drie, minstens tien. Als vervolgonderzoek zou het mogelijk zijn een manier te vinden die wél betrouwbaar is voor het meten van de soortelijke warmte van een stof. Om te onderzoeken met wat voor experiment dat het beste gaat en de resultaten het meest betrouwbaar. Vervolgens is het ook te proberen of er grote verschillen zijn in betrouwbaarheid tussen het meten van de soortelijke warmte van metalen of moleculaire stoffen. Het belangrijkste is in ieder geval dat er bij experimenten in de toekomst rekening wordt gehouden met mogelijke meetonzekerheden. Dat daar op gelet wordt, en dat daardoor betrouwbaarder resultaten ontstaan.