15. HMOTNOSTNÉ SKUPENSKÉ TEPLO TOPENIA ĽADU

Fyzikálny princíp:
Počas topenia sa spotrebuje všetka energia dodávaná látke na zmenu jej skupenstva. Hmotnostné skupenské teplo topenia je množstvo tepla, ktoré je potrebné nato, aby sa 1kg pevnej látky, zohriatej na teplotu topenia, premenil na kvapalinu tej istej teploty. Pri tuhnutí sa uvoľní rovnaké množstvo tepla.

Cieľ:
Určiť hmotnostné skupenské teplo topenia ľadu.

Pomôcky:
termoska (alebo zmiešavací kalorimeter), váhy, odmerný valec (100ml), voda, ponorná špirála, nádoba na zohriatie vody (200 ml), ľad, dve teplotné sondy, mikropočítač s prevodníkom a meracím panelom, program IP COACH

Príprava:
Zistíme tepelnú kapacitu termosky. Teplotné sondy pripojíme k meraciemu panelu na kanály 1, 2, ktoré okalibrujeme na meranie teploty. Dobu merania nastavíme na 500s. Určíme hmotnosť termosky so zátkou, naplníme ju rozdrveným ľadom (100 ml) a opäť odvážime, aby sme mohli vypočítať hmotnosť ľadu m_ľ.

Realizácia:
Zapneme meranie teploty v programe Multiskop. Teplotnú sondu pripojenú na kanál 1 vložíme cez otvor v zátke do termosky tak, aby sa dotýkala dna. Druhú sondu vložíme do nádoby, v ktorej je 150 ml vody s teplotou 80˚C. Spustíme meranie teploty v závislosti na čase a po 100s vlejeme opatrne horúcu vodu do termosky. Potrasieme termoskou, aby sa ľad úplne roztopil. Po ustálení teploty ukončíme meranie a výsledky uložíme na disk. Zistíme hmotnosť termosky s celým objemom vody aj so zátkou a vypočítame hmotnosť priliatej horúcej vody.

Spracovanie:
V programe Multiskop alebo Spracovanie odčítame z grafu A teplotu ľadu t_ľ a výslednú teplotu t, z grafu B teplotu t₁ horúcej vody pred priliatím do termosky. Skupenskú premenu ľadu na vodu uvedeným postupom, popisuje rovnica Q = Q₀ + L + Q_t + Q_k (1), kde Q je teplo, ktoré odovzdala horúca voda ochladením sa na t, Q₀ je teplo, ktoré prijal ľad na zohriatie z t_ľ na 0˚C, L je skupenské teplo topenia ľadu, Q_t je teplo, ktoré prijala voda vzniknutá roztopením ľadu na ohriatie z 0˚C na t a Q_k je teplo, ktoré absorbovala termoska. Využitím vzťahu (1) a dosadením príslušných vzťahov vypočítame hmotnostné skupenské teplo topenia ľadu l_t, . Porovnáme ho s tabuľkovou hodnotou a zistíme relatívnu chybu merania.

Otázky:
Akú minimálnu teplotu musí mať 1kg vody, aby pri zmiešaní s 1kg ľadu teploty 0˚C, došlo k úplnému roztopeniu ľadu?