Naam 1: Stephan Wartanjan Naam 2: Jelle de Kaper
Klas: VWO 5 Docent: MTH
Instructieblad PO: soortelijke warmte bepalen
Een laboratorium onderzoekt van welke stof voorwerpen gemaakt zijn, door middel
van het bepalen van de soortelijke warmte van deze voorwerpen. Uiteraard werkt dat
alleen als de voorwerpen uitsluitend uit één stof bestaan.
Aan jou de taak om een experiment te ontwikkelen voor het bepalen van de
soortelijke warmte van een voorwerp.
Je test je experiment met blokjes van onbekende materialen waarvan je de
soortelijke warmte bepaalt.
Vervolgens geef je een onderbouwde conclusie over de stof waaruit het blokje
bestaat.
Ontwerpeisen
- Het experiment is uit te voeren met op school aanwezige meetapparatuur,
waaronder de joulemeter
Met het experiment wordt de soortelijke warmte zo nauwkeurig mogelijk bepaald
Het experiment is in een blokuur uit te voeren, inclusief verslaglegging en
formuleren van de conclusie
Stappenplan (plan van aanpak)
Je gaat zelf een experiment ontwikkelen en de
soortelijke warmte van een blokje bepalen.
Omdat je aanpak bestaat uit verschillende
stappen bestaat je stappenplan ook uit
meerdere stappen.
Stap 1: benodigde meetgegevens en theorie
Je hebt een plan nodig om de soortelijke warmte te bepalen. Fig1: joulemeter
Beschrijf hieronder welke metingen nodig zijn om de soortelijke warmte te bepalen.
Geef van alle grootheden de volledige naam, de afkorting en de eenheid.
Om de warmte te berekenen gebruiken we de formule: Q=c•m•∆T
Q de warmte(energie) in joule (J);
c soortelijke warmte in joule per kilogram per kelvin ( J ⋅kg
− 1
⋅ K
− 1
)
m de massa van de stof in kilogram (kg);
∆T de temperatuurverandering in kelvin (K)
Omgebouwd: c= Q/ (m•∆T)
Formule: m=ρ•V
V volume (van water) in kubieke meter (m³);
ρ dichtheid (van water) in kilogram per kubieke meter (kg/m³);
m de massa (van water) in kilogram (kg);
Formule: Eel= P•t = U•I•t
Eel de elektrische energie in joule (J);
P het vermogen in watt (W);
U de spanning in volt (V);
I de stroomsterkte in ampère (A);
t de tijd in seconden (s)
Er geldt: totaal opgenomen warmte = totaal afgegeven warmte (mits het
systeem gesloten is)
Formule:
∑
Qop =
∑
Qaf
Hier is dat dus: Qwater + Qjoulemeter = Qaf blokje, Qw + Qjm = Qaf b
mb•Cb•∆Tb = Cjm•∆Tjm + mw•Cw•∆Tw
Je hebt 3 warmtes waarmee je rekening moet houden:
Q1, Q2 en Qb (=Qblokje)
Q1 bereken je met:
Q1= E=P•t=U•I•t
Q1 ga je in onderstaande formule substitueren, hiermee bereken je Cjm
Q1= c(water)•m(water)•∆T +Cjm•∆T
Hierbij is Cjm de warmtecapaciteit van de joulemeter in joule per kelvin (J/K)
Stel je voor als je uitkomt op Cj=-15, dan mag je zeggen Cj=
Qblokje bereken je als volgt:
Qb= c(blokje)•m(blokje)•∆T
Q2 bereken je door:
Q2= E=P•t=U•I•t
t1en t2zijn verschillend omdat in de tweede meting (met blokje) er meer
materiaal is om op te warmen. Hierdoor duurt het langer om dezelfde
temperatuurverhoging ∆T te bereiken, aangezien er meer energie nodig is.
Q2 is deze twee warmtes opgeteld:
Q2= Q1 + Qblokje
Q2= c(water)•m(water)•∆T +Cj•∆T + c(blokje)•m(blokje)•∆T
Je vult alle bekenden/gegevens in en je kunt dan c(blokje) berekenen, waarmee
je kunt bepalen van welk materiaal het blokje is gemaakt.
Beschrijf hieronder hoe je uit de benodigde meetgegevens de soortelijke warmte
berekent.
- ∆T, de temperatuurverandering, meten we door de begin- (Tb) en eind
temperatuur(Te) met een thermometer op te meten. Hier geldt: ∆T=ITe-TbI
- m, de massa van de stof/van het blokje in kilogram, meten we met behulp
van een weegschaal. Zo kan de massa nauwkeurig bepaald worden.
- Q(blokje), de warmte(energie), meet je met een joulemeter, zoals je aan de
Stap 3: het uitvoeren van het experiment
Je gaat uiteindelijk je experiment uitvoeren met een blokje van een onbekend
materiaal.
Beschrijf hieronder welke stappen je uitvoert om het experiment uit te voeren en de
soortelijke warmte van het blokje te bepalen.
Denk ook aan het betrekken van andere stofeigenschappen bij je conclusie, ter
controle.
NB: je mag dit blad erbij houden bij de PO. Hoe beter deze voorbereiding, des te
beter zal het experiment verlopen.
Er zijn twee metingen, meting 1 en meting 2:
Meting 1: zonder blokje, alleen water en joulemeter
Doel: Cjm, de warmtecapaciteit van de joulemeter (J/K) , berekenen.
Formules:
Naam 1: Stephan Wartanjan Naam 2: Jelle de Kaper
Klas: VWO 5 Docent: MTH
Q1= E=P•t=U•I•t
Q1= c(water)•m(water)•∆T +Cjm•∆T
Meting 2: met blokje van de onbekende stof
Doel: C(blokje) berekenen
Formule:
Q2= E=P•t=U•I•t
Q2= Q1 + Qblokje
Q2= c(water)•m(water)•∆Tw +Cjm•∆Tjm + c(blokje)•m(blokje)•∆Tb
mb•Cb•∆Tb = Cjm•∆Tjm + mw•Cw•∆Tw
zwart= berekenen/aflezen
rood= binas
groen= gegeven
blauw= onbekende
Stappenplan
1 Alle spullen verzamelen
2 Meetopstelling maken
3 Die opstelling laten controleren
Voor de eerste meting: zonder blokje
4a Weeg het water met of bereken het door m= ρ•V
4b Bereken ∆T: ∆T=ITe-TbI. Dit doe je met de thermometer.
4c Met de Spanning U met de voltmeter en de stroomsterkte I met de
ampèremeter
4d De tijd t wordt bijgehouden met een stopwatch
4e Voor de berekeningen uit.
4f Cjm is gegeven op practicum van 11 november voor Joulemeter 3:
Cjm(3) ........................../K
Voor de tweede meting: met blokje
5a Weeg het blokje met de weegschaal
5b Bereken ∆T: ∆T=ITe-TbI. Dit doe je met de thermometer.
5c Met de Spanning U met de voltmeter en de stroomsterkte I met de
ampèremeter
5d Voor de berekeningen uit.
6 Je kan er voor kiezen om zowel meting 1 als meting 2 meerdere keren uit
te voeren en daarvan het gemiddelde te nemen. Je krijgt dan een
preciezere waarde voor c(blokje), waardoor je een betere schatting kan
maken.
7 Conclusie trekken, maar wel rekening houden met eventuele
rekenfouten/onnauwkeurigheden/ verkeerd afgelezen meetwaarden: ook
Naam 1: Stephan Wartanjan Naam 2: Jelle de Kaper
Klas: VWO 5 Docent: MTH
Conclusie
Het blokje is gemaakt van de stof:
Ruimte voor onderbouwen van je conclusie:
Ruimte voor eventuele aanvullende opmerkingen:
