Przyrządy stosowane w doświadczeniu:

  • Kalorymetr wodny, wyposażony w mieszadło i termometr. Kalorymetr służy do pomiarów ilości oddanego lub pobranego przez ciało ciepła. Wykorzystuje się go na przykład do wyznaczania ciepła właściwego. Wykonywanie pomiarów ciepła właściwego kalorymetrem polega na przeprowadzeniu wymiany ciepła pomiędzy badanym ciałem i kalorymetrem. Ogrzane ciało wrzuca się do chłodniejszej wody. Następuje wyrównanie temperatur: metal się ochładza, a woda ogrzewa. Badanie różnic temperatur umożliwia wyznaczenie ilości przepływającego między ciałami ciepła.
  • Termostat, zbudowany z retorty i naczynia z wodą, oraz palnika gazowego. W retorcie umieszcza się badane ciało, następnie zapala palnik i doprowadza wodę do wrzenia. Para wodna ogrzewa retortę do określonej temperatury.
  • Waga szalkowa (do dokładnego ważenia lżejszych ciał)
  • Waga sklepowa (do ważenia kalorymetru)

Wykonanie doświadczenia:

Ważymy na wadze sklepowej kalorymetr z mieszadełkiem, a następnie wypełniamy kalorymetr wodą do połowy objętości i ponownie ważymy całość. Z różnicy wagi możemy obliczyć masę wody w kalorymetrze. Następnie mierzymy temperaturę kalorymetru i zapisujemy.

Badane ciało ważymy, a następnie ogrzewamy do pewnej temperatury za pomocą termostatu. Gdy temperatura się ustali, zapisujemy ją, a następnie wrzucamy szybko ciało do kalorymetru i mieszamy aż do ustalenia się temperatury. Odczytujemy i zapisujemy temperaturę końcową.

Podczas doświadczenia zaszły trzy procesy:

  • metal oddał ciepło wodzie i kalorymetrowi, ochładzając się od temperatury tm do tk : Q1 = -cmmm(tk - tm)
  • woda pobrała ciepło, ogrzewając się od temperatury t0 do tk : Q2 = cwmw(tk - t0)
  • kalorymetr pobrał ciepło, ogrzewając się od temperatury t0 do tk : Q3 = ckmk(tk - t0)

Woda i kalorymetr pobrały ciepło od metalu, więc Q1 = Q2 + Q3.

Ponieważ znamy ciepło właściwe kalorymetru i wody, możemy zapisać równanie

gdzie: cw oznacza ciepło właściwe wody, ck oznacza ciepło właściwe kalorymetru, mw oznacza masę wody, mk to masa kalorymetru, mm oznacza masę metalu a t0, tm oraz tk to temperatura początkowa kalorymetru i wody, temperatura początkowa metalu oraz temperatura końcowa całego układu.

Wyniki doświadczenia:

Dane odczytane z tablic:

cw = 4185 J/(kg×K)

ck = 384 J/(kg×K)

Dane zmierzone:

mw = 2 kg

mk = 1,3 kg

mm = 0,3 kg

tk = 21,2°C = 294,2 K

t0 = 19,5°C = 292,5 K

tm = 70°C = 343 K

Wynik: cm = 1029 J/(kg×K)

Odpowiedź: Ciepło właściwe aluminium, zmierzone za pomocą kalorymetru wodnego, wynosi około 1029 J/(kg×K).