Fysik- kalorimetri Roskilde Tekniske Gymnasium 30. oktober Flammetemperatur. Klasse 1.5 Filip Olsen. Indledning Materialer...

Transkript

1 Flammetemperatur Klasse 1.5 Filip Olsen Indholdsfortegnelse Indledning... 2 Materialer... 3 Metode... 3 Resultater... 4 Diskussion... 4 Konklusion... 5 Kilder... Error! Bookmark not defined. 1

2 Indledning Formål: At bestemme temperaturen af en gasflamme. Teori: Vi regner med at joulemeteret isolerer vandet, møtrikken og den inderste kalorimeterskål fra omgivelserne, så al energioverførsel sker mellem møtrikken på den ene side og vand og joulemeterskål på den anden. Man kan sige at den energi møtrikken mister ved at blive sænket i vandet, er tilsvarende til det der bliver brugt til at varme vand og bæger i joulemeteret. Nå vi skal beregne temperaturen på møtrikken skal vi derfor lægge varmen som møtrikken afgiver, til varmen som vand og bæger modtager. Tilvæksten i energi kan beregnes ved formlen: E = m c (T 2 T 1 ). Derfor ser ligningerne for de nødvendige emner således ud: Møtrik m : T f T m Vand V : M V C V T f T v Aluminiumsbæger A : M A C A T f T A Joulemeteret er lavet af aluminium, og møtrikken af jern. Deres specifikke varmekapacitet vil vi kalde henholdsvis C A og C m mens vandets specifikke varmekapacitet kaldes C V. På tilsvarende vis kaldes masserne M A, M m, M V og temperaturen T v, T A og T m. Sluttemperaturen efter en grundig omrøring kaldes T f. De ligges sammen. Da værdierne udligner hinanden giver ligningen 0: 0 = M A C A T f T A + M V C V T f T v + T f T m Jeg skal nu isolere T m. Jeg ganger den første parentes ud: 0 = M A C A T f T A + M V C V T f T v + T f T m Derefter rykker jeg sidste led over på den anden side: T m = M A C A T f T A + M V C V T f T v + T f Jeg isolerer møtrik-temperaturen(t m ) ved at dividere med på begge sider: T m = M AC A T f T A + M V C V T f T v + T f 2

3 For at rydde op i ligningen lader jeg gå ud hinanden i tælleren, og sætter T f T A uden for en parentes da T A og T v er ens: T m = T f + M AC A M V C V (T f T v ) Dette er den endelige ligning og er lige til at sætte måleresultaterne ind i. Materialer Til eksperimentet brugte vi følgende materialer: bunsenbrænder kalorimeter termometer møtrik vægt tændstik Det er vigtigt at man er forsigtig med håndteringen af bunsenbrænder og møtrik, da de er meget varme. Metode 1. Vi vejer den indre joulemeterskål og møtrik. 2. Mens stativet til at holde møtrikken inden i bunsenbrænderflammen bliver sat op, fyldes den indre skål med vand. 3. Nu kan vi bestemme vandets masse ved at finde differensen af det fyldte bægers vægt og det tomme. 4. Derefter føres møtrikken ind i bunsenbrænderens flamme. (se billede) 5. Joulemeterskålen med vand anbringes i den ydre skål, og vandets begyndelsestemperatur(t v ) måles. 6. Når møtrikken får en temperatur tilsvarende til flammens, sænker vi den hurtigt ned i vandet. 7. Vi rører rundt, og aflæser temperaturen når vandet er holdt op med at stige. Gentag evt. forsøget. 3

4 Resultater Begyndelsestemperatur(T v ): 19,8 Sluttemperatur(T f ): 36, 4 Det indre bæger med vand vejede 203,44g Dette er de øvrige måleresultater der med henblik på formlen er listet op i et skema: Indre bæger: M A : 97,9g T A : 19,8 (samme som vandet) Møtrik: M m : 15,53g T m Vand: 203,44g 97,9g = M V : 105,54g T v : 19,8 Den specifikke varmekapacitet for følgende stoffer: (Orbit B s. 44) Vand(C V ): 4180 Aluminium(C A ): 900 j kg j kg Jern(C m ): 452 j kg Nu kan vi sætte måleresultaterne ind i ligningen for T flam : T m = T f + M A C A M V C V (T f T v ) Med indsatte værdier: T m = 36,4 + 97, , , ,4 19,8 = Vores beregningsresultat giver altså en flammetemperatur på ca Diskussion En bunsenbrænderes flammetemperatur er ikke en veldefineret størrelse da der er flere faktorer der påvirker temperaturen, fx mængde af ilt og gas. Typen af gas er naturligvis også vigtig, man den mest almindelige er nitrogen. På Wikipedia er det er oplyst, at den typiske flammetemperatur for en bunsenbrænder ligger mellem 1300 og

5 Vi endte med et slutresultat på omtrent 1300, der må siges at være et fornuftigt resultat taget de forskellige fejlkilder i betragtning. De forskellige afvigelser kan skyldes at joulemeteret ikke er 100 % varmeisoleret, møtrikken ikke har opnået den samme temperatur som flammen, måleresultaterne har været upræcise enten pga. måleinstrumenterne eller pga. måleren. Desuden kan der være gået for lang tid mellem målingerne så der er afgivet varme, og endelig kan den oplyste temperatur afvige fra den egentlige flammetemperatur der var til stede under forsøgets forhold. Konklusion Øvelsen gik ud på at måle flammetemperaturen. Selvom resultaterne afviger, kan det alligevel konkluderes at forsøget var vellykket. Vi kom frem til en temperatur der lader til at passe inden for nogle rimelige rammer. Da der har været et vist varmetab under forsøget, må det forventes at beregningsresultatet ligger relativt under den egentlige temperatur. Dette passer også fint i sammenligning med den typiske flammetemperatur. Bilag Kilder: Fysik undervisning Orbit B tx 1 5