Subversion Repositories svnkaklik

Rev

Details | Last modification | View Log

Rev Author Line No. Line
621 kaklik 1
\documentclass[12pt,a4paper,oneside]{article}
2
\usepackage[colorlinks=true]{hyperref}
3
\usepackage[utf8]{inputenc}
4
\usepackage[czech]{babel}
5
\usepackage{graphicx}
6
\textwidth 16cm \textheight 24.6cm
7
\topmargin -1.3cm 
8
\oddsidemargin 0cm
9
\pagestyle{empty}
10
\begin{document}
11
\title{Kalibrace rtuťového teploměru plynovým teploměrem}
12
\author{Jakub Kákona, kaklik@mlab.cz}
13
\date{30.11.2009}
14
\maketitle
15
\thispagestyle{empty}
16
\begin{abstract}
17
Zkalibrovali jsme rtuťový teploměr pomocí plynového teploměru. Získané hodnoty jsme zároveň použili k určení součinitele rozpínavosti vzduchu.
18
\end{abstract}
19
 
20
\section{Pracovní úkoly}
21
\begin{enumerate}
22
\item Ocejchujte rtuťový teploměr pomocí plynového teploměru a nakreslete příslušný graf.
23
\item Vypočítejte součinitele rozpínavosti plynů $\gamma $ a proveďte kontrolu pomocí teploty absolutní nuly.
24
\item  Určete tepelnou kapacitu kalorimetru (Dewarovy nádoby), který použijete při určování měrného skupenského tepla varu vody. Sestrojte z naměřených hodnot graf závislosti teploty lázně na čase. Posuďte, zda tento postup je pro daný kalorimetr nutný.
25
\item  Určete měrné skupenské teplo varu vody s ohledem na množství předčasně zkondenzované páry $m_{v}$.
26
\end{enumerate}
27
 
28
\section{Úvod}
29
Teplota varu vody je dána výrazem
30
 
31
\begin{equation}
32
 t_{varu} = 100,000 + 0,03687 (b - 760) - 0,000 022 (b - 760)^{2} [ ^\circ C, Torr].
33
\end{equation}
34
 
35
Následně pak dokážeme určit i teplotu na plynovém teploměru.
36
 
37
\begin{equation}
38
 t = t_{varu}\frac{\Delta h}{\Delta h_{varu}}.
39
\end{equation}
40
 
41
Hodnoty můžeme také využít k dopočítání rozpínavosti vzduchu
42
\begin{equation}
43
 \gamma = \frac{1}{p}\left( \frac{\partial }{\partial T} \right)_{V} \simeq \frac{\Delta p}{p} \frac{1}{\Delta T}.
44
\end{equation} což můžeme přepsat na
45
\begin{equation} \gamma = \frac{\Delta h}{b\cdot t}, \label{egamma}\end{equation}
46
kde b je atmosfericky tlak v Torrech.
47
 
48
Při měření skupenského tepla varu vody využijeme kalorimetrickou rovnici.
49
\begin{equation}
50
 (m-m_{v})l_{v}+mc(t_{varu} -t)+(m_kc+\kappa)(t_{0}-t)=0,
51
\end{equation} kde $c$ je měrná tepelná kapacita vody. Měrné skupenské teplo varu pak vyjádříme jako
52
\begin{equation}
53
 l_{v}=\frac{(m_{k}+\kappa)(t-t_{0})-mc(t_{varu}-t) }{m-m_{v}}. \label{elv}
54
\end{equation}
55
 
56
Chybí nám ale tepelná kapacita kalorimetru, kterou musíme změřit. K tomu nám pomůže jiná kalorimetrická rovnice
57
\begin{equation}
58
 (m_{1}c+\kappa)(t_{1}-t)+m_{2}c(t_{2}-t)=0,
59
\end{equation} ze které vyjádříme kapacitu kalorimetru. 
60
\begin{equation}
61
 \kappa = \frac{m_{2}c(t-t_{2})}{(t_{1}-t)}-m_{1}c. \label{ekappa}
62
\end{equation}
63
 
64
\section{Postup měření}
65
\subsection{Kalibrace rtuťového teploměru plynovým teploměrem}
66
Nejdříve jsme měřící bańku plynového teploměru ochladili při atmosférickém tlaku uvnitř, po vyrovnání teplot jsme uzavřeli ventil spojující vnitřní objem teploměru s vnější atmosférou a začali postupně zvyšovat teplotu lázně zhruba po 10 $^\circ C$. Vždy při odečítání hodnot ale bylo nutné udržovat konstantní objem plynu v teploměru což bylo zařízeno udržováním hladiny rtuti v otevřeném manometru na špičce skleněného hrotu.
67
 
68
Během měření byl atmosférický tlak $b = (743,6 \pm 0,1) Torr$ . Naměřenou závislost jsme vynesli do grafu \ref{korekce}. A tím zjistili směrnici přímky $a = (2,5 \pm 0,05) m/^\circ C$ a spočítali tak i rozpínavost vzduchu $a = (3,48 \pm 0,07)10^{-3} /K$. 
69
 
70
\begin{table}[htbp]
71
\begin{center}
72
\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|}
73
\hline
74
$h_l [mm]$ & $t_s [^\circ C]$ & $\Delta h [mm]$ & $t_m [^\circ C]$ & $\Delta t [^\circ C]$ & $\delta_t [\%]$ \\ \hline
75
138 & 0,0 & 0 & 0,0 & 0 & 0 \\ \hline
76
167 & 11,2 & 29 & 12,1 & -0,86 & 7,13 \\ \hline
77
202 & 24,2 & 64 & 26,6 & -2,41 & 9,07 \\ \hline
78
218 & 30,1 & 80 & 33,3 & -3,17 & 9,52 \\ \hline
79
257 & 43,2 & 119 & 49,5 & -6,29 & 12,7 \\ \hline
80
303 & 62,2 & 165 & 68,6 & -6,42 & 9,35 \\ \hline
81
329 & 72,0 & 191 & 79,4 & -7,43 & 9,35 \\ \hline
82
342 & 87,2 & 204 & 84,8 & 2,37 & 2,79 \\ \hline
83
377 & 99,39 & 239 & 99,39 & 0 & 0 \\ \hline
84
\end{tabular}
85
\end{center}
86
\caption{Kalibrace rtutového teploměru plynovým teploměrem}
87
\label{kalibrace}
88
\end{table}
89
 
90
\begin{figure}
91
\begin{center}
92
\includegraphics [width=150mm] {teplomer_char.pdf} 
93
\end{center}
94
\caption{Hodnoty naměřené na plynovém a rtuťovém teploměru}
95
\label{korekce} 
96
\end{figure}
97
 
98
\subsection{Měření měrného skupenského tepla varu vody}\
99
 
100
K tomuto měření bylo třeba nejdříve změřit tepelnou kapacitu kalorimetru, použili jsme v návodu doporučenou metodu a kapacita nám vyšla $\kappa = (90 \pm 7) J/kg K$.  S touto znalostí, jsme pak již nechali ohřívat vodní náplň v kalorimetru párou probublávající z kotlíku s vroucí vodou. Po změření rozdílu teplot a zvážení zkondenzované vody jsme pak mohli určit měrné skupenské teplo varu vodu jako $l_v = (2,6 \pm 0,3) MJ/kg$.
101
 
102
\section{Diskuse}
103
V návodu k úloze \cite{var_vody} je doporučen postup měření tepelné kapacity kalorimetru využívající časovou závislost vývoje teploty. Vzhledem k našim podmínkám je ale tento postup zbytečně přesný (Máme dobře izolovaný kalorimetr).
104
 
105
\section{Závěr} 
106
Součinitel rozpínavosti plynů jsme určili s relativní chybou 4,9 \% vzhledem k tabulkové hodnotě. A měrné skupenské teplo varu vody jsme proti tabulkové hodnotě $l_v = 2,257 MJ/kg$ určili s chybou 15\%.
107
 
108
\begin{thebibliography}{99}
109
\bibitem{var_vody}{Zadání úlohy 5 - Měření měrného skupenského tepla varu vody}. \href{http://praktika.fjfi.cvut.cz/SkupTepVaru/}{http://praktika.fjfi.cvut.cz/SkupTepVaru/}
110
\end{thebibliography}
111
\end{document}