FYS2160 Laboratorieøvelse 1

Like dokumenter
FYS2160 Laboratorieøvelse 1

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Kje-1005 Termodynamikk og Kinetikk Dato: Torsdag 6.juni 2013 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 3

Laboratorium NA6011 Varmepumpe November 2016

Øvelsen går ut på å bestemme lydhastiheten i luft ved å undersøke stående bølger i et rør. Figur 2.1: Kundts rør med lydkilde og lydmåler.

Elektriske kretser. Innledning

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

BRUK AV BLÅ SENSORER PasPort (temperatursensorer)

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Oppgave 2. Bestemmelse av partielle molare entalpier

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 7

UNIVERSITETET I OSLO

Varmekapasitet, og einsteintemperatur til aluminium

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Laboratorieoppgave 3: Fordampingsentalpi til sykloheksan

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 2. Partiell molar entalpi

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

gass Faglig kontakt under eksamen/fagleg kontakt under eksamen: Professor Edd A.Blekkan, tlf.:

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

Kom i gang med. Åpne nettleseren, gå til: Velg «New Project».

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Speidel Braumeister 20L / 50L

Varme innfrysning av vann (lærerveiledning)

Eksempler og oppgaver 9. Termodynamikkens betydning 17

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag. Eksamen i: Fysikk for tretermin (FO911A)

TENTAMEN I FYSIKK FORKURS FOR INGENIØRHØGSKOLE

RITMO XL vann-kontakt, kobler vann fra vanntilførsel her

Observert undertrykk i urinpose/slange etter start bruk av ecinput.

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 7 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

Parallellkopling

Øvelse 4. Fredrik Thomassen. Rapport: Woods metall eller faseoverganger. Naturfag

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

Løsningsforslag til ukeoppgave 7

Her skal du lære å programmere micro:biten slik at du kan spille stein, saks, papir med den eller mot den.

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 17/8 2017

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

HØGSKOLEN I STAVANGER

Teknologi og forskningslære

Quiz fra kapittel 1. Characteristics of the atmosphere. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Andreas. har 8 sider

Datalogging for ungdomstrinnet: Avstand, fart og akselerasjon

Termofysikk: Ekstraoppgaver om varmekapasitet for gasser og termodynamikkens 1. lov uke 47-48

Laboratorieøvelse 3 - Elektriske kretser

EKSAMENSOPPGAVE. Fagnr: FO 443A Dato: Antall oppgaver:

UNIVERSITETET I OSLO

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

DATALOGGING I REALFAGENE.

UNIVERSITETET I OSLO

Manual til laboratorieøvelse Varmepumpe

RITMO L vann-kontakt, kobler vann fra vanntilførsel her

Åpne toppen av blanderøret, sjekk om den er ren. Pass på at mørtel trakt er TØRR. Hvis våt deretter tørke før bruk.

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

Manual til laboratorieøvelse. Solfanger. Foto: Stefan Tiesen, Flickr.com. Versjon:

Universitetet i Oslo FYS Labøvelse 1. Skrevet av: Sindre Rannem Bilden Kristian Haug

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Løsningsforslag til ukeoppgave 8

GeoGebra 4.2 for Sinus 1P. av Sigbjørn Hals

UNIVERSITETET I OSLO

Strålingsintensitet: Retningsbestemt Energifluks i form av stråling. Benevning: Wm -2 sr - 1 nm -1

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4106 FYSIKK Torsdag 6. august :00 13:00

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

Kan micro:biten vår brukes som et termometer? Ja, den har faktisk en temperatursensor!

Brukerveiledning. Vannkoker. Instruksjoner for bruk. Vennligst ta vare på denne veiledningen for fremtidig referanse.

Styringsautomatikk for varmekabler på tak, i nedløp og i takrenner Brukermanual, revisjon 04 (Produsent NOR-IDE AS,

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Påvirker CO2- nivået og temperaturen ytelsene i timene?

Fysikk 3FY AA6227. (ny læreplan) Elever og privatister. 28. mai 1999

Oppsummering av første del av kapitlet

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 18. august 2012 Tid:

Spesial-Oppsummering Høsten 2009 basert på Innspill fra Studenter

Dobbel frityrkoker. Bruksanvisning. Prod.nr. IT Les bruksanvisningen nøye og oppbevar den for senere referanse.

FORSØK MED ROTERENDE SYSTEMER

UNIVERSITETET I OSLO


Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 8 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. Beregning av Egenskaper

Fysikkolympiaden Norsk finale 2019 Løsningsforslag

I et eksperiment er det målt følgende sammenheng mellom to størrelser x og y. x Y = ax + b:

Oppgave 1 V 1 V 4 V 2 V 3

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

UNIVERSITETET I OSLO

Denne håndboken omfatter instruksjoner og sikkerhetsbestemmelser for D-01 elektrisk dampkjel.

Fysikk for ingeniører. 11. Termiske egenskaper. Løsninger på blandede oppgaver. Side 11-1

Steg 1: Piler og knappetrykk

UNIVERSITETET I OSLO

Sikkerhetsrisiko:lav. fare for øyeskade. HMS ruoner

Side 1 Arbeidsbeskrivelse Institutt for husdyr og akvakulturvitenskap, NMBU

Transkript:

FYS2160 Laboratorieøvelse 1 Faseoverganger (H2016) Denne øvelsen går ut på å bestemme smeltevarmen for is og fordampningsvarmen for vann ved 100 C (se teori i del 5.3 i læreboka 1 ). Trykket skal i begge tilfeller være lik atmosfæretrykket. 1.1 Smeltevarmen Den spesifikke (molare) smeltevarmen for is er den energien som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C. 1.1.1 Apparatur For å bestemme smeltevarmen for is, trenger vi dette utstyret: Kalorimeter Strømforsyning Amperemeter Voltmeter Termometer (PASCO, koblet til PC via USB) Digitalvekt Isblokk i et isvannbad (kar med is og vann) Kalorimeteret består av en isoporisolert beholder av rustfritt stål med et plastlokk som er påmontert et varmeelement og en rører. Termometerets føler kan føres ned i kalorimeteret gjennom et hull i lokket. 1 Daniel V. Schroeder, An Introduction to Thermal Physics, Addison Wesley (2000), http: //physics.weber.edu/thermal/. 1

2 FYS2160 (H2016) Labøvelse 1 1.1.2 Utførelse Kalorimeteret fylles med ca. 1,25 liter vann som har ca. romtemperatur. Dataloggingsprogrammet startes (se appendiksen). Røreren startes. Strømmen skrus på slik at det sendes en strøm på 0,75 A gjennom varmeelementet. Når temperaturen er oppe i ca. 30 C, slås strømmen av. Når effekten som tilføres kalorimeteret med innhold er konstant, blir dt/dt tilnærmet konstant (når kalorimeteret er godt isolert, er energiutvekslingen med omgivelsene liten). Varmekapasiteten C 0 til hele kalorimeteret med innhold beregnes ved hjelp av likningen C 0 dt/dt = U I, (1.1) der I er strømmen gjennom og U er spenningen over varmeelementet. Når varmekapasiteten til kalorimeteret er funnet, kan eksperimentet for å finne smeltevarmen til is utføres ved å smelte en isklump i kalorimeteret mens temperaturen logges. Temperaturforløpet i kalorimeteret er antydet i Fig. 1.1. Med røreren fremdeles i gang slå av strømmen (NB! Datalogging skal ikke avbrytes!). Temperaturen vil da avta sakte (A B i figuren). Etter fem minutter hentes en isblokk med et volum på ca. 250 milliliter fra et kar med is og vann. Isblokkens temperatur er da nær 0 C. Isblokken tørres av, veies så fort som mulig og legges i kalorimeteret (B i figuren). Figure 1.1: Temperaturforløpet i kalorimeteret.

FYS2160 (H2016) Labøvelse 1 3 Når temperaturen i kalorimeteret har holdt seg tilnærmet konstant i ca. 5 minutter (C D), slås røreren av og dataloggingen avsluttes. 1.1.3 Beregning av smeltevarmen Den spesifikke smeltevarmen L s ( latent heat of melting ) beregnes ved hjelp av likningen m [L s + C v (T 2 T 0 )] = C 0 (T 1 T 2 ). (1.2) Her er m massen til isen som smeltet i kalorimeteret. Vannets spesifikke varmekapasitet (C v ) avtar fra ca. 4220 J/(kg K) ved 0 C til ca. 4180 J/(kg K) ved 20 C. Vi velger en midlere verdi for vannets spesifikke varmekapasitet i det aktuelle temperaturområdet, f.eks. C v =4200 J/(kg K). Temperaturen T 0 settes lik 0 C. Temperaturene T 1 og T 2 bestemmes ved hjelp av diagrammet i Fig. 1.1 som viser temperaturgangen i kalorimeteret. Den tilnærmet rette linjen AB forlenges til høyre. Den tilnærmet rette linjen CD forlenges til venstre. Deretter trekkes det en rett linje parallell med T -aksen slik at den krysser temperaturforløpet ca. halvveis mellom AB og CD i den vertikale retningen. Skjæringspunktene mellom denne linjen og de forlengede linjene gir T 1 og T 2. I DataStudio kan SmartTool crosshair brukes til dette - den er på fra starten. Den plasseres med musen (klikk og hold, dra). Klikk på en av kantene til krysset (da vises en liten ) og dra musen til det punktet du vil måle avstanden i plottet til. Oppgave 1. Bestemmelse av C 0 Bestem varmekapasiteten til kalorimeteret med innhold. Oppgave 2. Bestemmelse av L s Bestem den spesifikke og den molare smeltevarmen for is. Oppgave 3. Tolkning av formel 1.2 Forklar hva leddene i formel 1.2 representerer og hvordan de henger sammen. Dersom smeltevarmen til is hadde vært høyere, hvordan ville det påvirket temperaturmålingene våre? 1.2 Fordampningsvarmen Vi betrakter et system av vann og damp i likevekt ved trykket P og temperaturen T. Funksjonen P (T ) inneholder informasjon om vannets fordampningsvarme. Et tilnærmet riktig uttrykk for funksjonen P (T ) kan utledes på grunnlag av følgende spesielle antagelser:

4 FYS2160 (H2016) Labøvelse 1 Vannets molare volum er mye mindre enn dampens molare volum. Dampen kan betraktes som en ideell gass. Den molare fordampningsvarmen L f ( latent heat of vaporization i J/mol) er konstant i et lite temperaturintervall. Ved hjelp av Clausius-Clapeyrons likning og ovennevnte antagelser kan vi utlede relasjonen ln P 1 = L ( f 1 1 ). (1.3) P 2 R T1 T2 Her er P 1 og P 2 damptrykkene ved temperaturene T 1 og T 2, som antas nær hverandre, og R = N A k B der N A = 6.022 10 23 /mol er Avogadros tall og k B = 1.3806488 10 23 J/K er Boltzmanns konstant. 1.2.1 Apparatur En skisse av apparaturen er vist i Fig. 1.2. Kolben A inneholder vann og kokestein som forhindrer støtkoking. Et glassrør og en slange forbinder kolben med buffervolumet B, som gjør systemet mykere. Ved hjelp av en vannstrålepumpe kan trykket i systemet reduseres fra atmosfæretrykket (ca. 100 kpa) til ca. 20 kpa. Mellom pumpen og buffervolumet er en hane H 1. Buffervolumet er også utstyrt med en hane H 2. Når H 2 åpnes, slippes luft inn i systemet. Glassrøret ut fra kolben A kjøles med kaldt vann, slik at dampen fra kolben kondenseres til vann som renner tilbake til kolben. 1.2.2 Utførelse Start vannstrålepumpen med hanene lukket. Hanen H 1 åpnes forsiktig og holdes åpen til trykket har nådd ca. 20 kpa. Så stenges H 1 og pumpen slås av. Sett på kjølevannet og varm opp vannet i kolben til koking. Unngå voldsom koking ved passende regulering av varmeelementet. Når manometeret (trykksensor) M og termometeret T viser tilnærmet konstante verdier, er systemet i en stasjonær tilstand. Da er metningstrykket for vanndampen lik trykket over vannet i kolben, og man måler sammenhørende verdier av trykk og temperatur ved hjelp av datalogginsprogrammet (se appendiks). Anslå usikkerhetene i avlesningene. Deretter åpnes hanen H 2 forsiktig slik at trykket i systemet økes. Hanen stenges når trykket har steget ca. 5 kpa. Etter kort tid når systemet en ny stasjonær tilstand. Dette gjentas inntil trykket blir atmosfæretrykket (ca. 100 kpa). Oppgave 4. Måling av metningstrykk og temperatur Bestem sammenhørende verdier av metningstrykk og temperatur for vanndamp for hvert trykk mellom startverdien (ved stabil koking osv. for første gang) og ca.

FYS2160 (H2016) Labøvelse 1 5 Figure 1.2: Apparatur for måling av damptrykkets temperaturavhengighet. 100 kpa. NB! Hvis startverdien ikke er godt under 60 kpa kontakt en veileder før dere fortsetter. Oppgave 5. Beregning av fordampningsvarmen Anvend en lineær tilpasning til de sammenhørende verdiene for ln(p ) og 1/T for å beregne den molare fordampningsvarmen for vann (ut i fra stigningstallet i formel 1.3) som gjelder for temperaturområdet nær 100 C. Sett av (gjerne for hånd på utskriften av grafen) usikkerheter i 3 4 punkter fordelt over måleområdet. Over hvilket temperaturområde virker fordampningsvarmen å være nokså lik verdien funnet for standardbetingelser (100 C og atmosfæretrykk)? Oppgave 6. To spørsmål Hvordan stemmer deres resultater for fordampningsvarmen og smeltevarmen med kjente verdier? Hva kan dere si om energiforbruket under koking av vann sammenlignet med smelting av is?

6 FYS2160 (H2016) Labøvelse 1 Appendiks: Hvordan bruke Capstone Figure 1.3: Klikk to ganger på det ikonet (på datamaskinens skrivebord) som gjelder. Dette starter Capstone og laster inn riktig program. Figure 1.4: Klikk på startknappen (Record) for å sette i gang med datalogging. For vannkoking heter startknappen Preview. Start dataloggingsprogrammet Capstone, som forklart i figur 1.3. startknappen for å sette i gang med datalogging, som vist i figur 1.4. Klikk på Måling av smeltevarmen (IsSmelting) Start dataloggingen tidlig, til og med før dere slår på strømmen som varmer opp vannet under måling av kalorimeterets (med innhold) varmekapasitet. De samme (!) dataene vises som tre forskjellige runs : dette gjør det mulig å utføre tre uavhengige lineære tilpasninger i de forskjellge tidsfaser av forsøket, som forklart under. Måling av fordampningsvarmen (vannkoking) Da fordampningsvarmen skal måles blir datalogging delvis manuell - dere klikker på Keep Sample -knappen som dukker opp ved siden av Preview i Capstones hovedvindu. Dere klikker på Keep Sample for hver gang systemet er i en ny stasjonær tilstand, dvs. vannet koker stabilt og temperaturen og trykket er nokså konstante.

FYS2160 (H2016) Labøvelse 1 7 Klikk på Stop-knappen etter at siste punkt er logget. Det går ann undertrykke datapunkter som er logget ved feil tidspunkt (spør veilederen on hjelp). 1.2.3 Lineær tilpasning av utvalgte datapunkter Figure 1.5: Velg et run av data fra symbollisten. For dette eksperimentet blir disse runs flere kopier av de samme dataene. Figure 1.6: Velg de aktuelle datapunktene fra dette run : Klikk p Highlightverktyet (bilde til venstre) og juster firkanten over de datapunkter (bilde til høyre) som skal tilpasses. Du skal utføre én tilpasning for hvert run. Gjenta prosedyren beskrevet i figur 1.6 for hvert run og ønsket tidsområde. Tilpasningsresultatet som vises på skjermen er stigningstallet og skjæringspunktet med usikkerhet og korrelasjonskoeffisienten, for hver tilpasset linje.