3. TEPELNÁ KAPACITA - TEPLO A ODLIŠNÉ LÁTKY

Fyzikálny princíp:
Tepelná kapacita jednotky hmotnosti rozličných látok je rôzna, preto je hmotnostná tepelná kapacita jednou z materiálových konštánt. Ak (1-1) dosadíme do (1-3), dostaneme vzťah c=Q/(m.DT), resp. c=Q/(m.Dt)  (1). Jednotkou hmotnostnej tepelnej kapacity je joule na kilogram a kelvin (J.kg^-1. K^-1). Tepelná kapacita a teda aj hmotnostná tepelná kapacita závisí od podmienok, pri ktorých k ohrievaniu, alebo ochladzovaniu telesa dochádza. Preto rozlišujeme hmotnostnú tepelnú kapacitu pri stálom tlaku c_p a hmotnostnú tepelnú kapacitu pri stálom objeme c_v. U kvapalín a tuhých látok sú v bežných (nie extrémnych) prípadoch hmotnostné tepelné kapacity c_p a c_v takmer rovnaké, zatiaľ čo u plynov je vždy c_p > c_v. Hmotnostná tepelná kapacita látky závisí aj od teploty.

Hmotnostné tepelné kapacity sa bežne určujú pomocou kalorimetrov. Kalorimeter je tepelne izolovaná nádoba, v ktorej skúmanej látke dodávame známe množstvo tepla Q. Ak nedochádza pri dodávaní tepla v kalorimetri k inému deju (napr. k chemickým reakciám, skupenským premenám) ako k zohrievaniu skúmanej látky, môžeme pre jej hmotnostnú tepelnú kapacitu na základe rovnice (1) písať vzťah c=Q/(m.(t-t₁))  (2), v ktorom m znamená hmotnosť vyšetrovanej látky, t₁ jej teplotu pred dodávaním tepla a t teplotu po dodaní tepla. Takto definovaná hmotnostná tepelná kapacita c je strednou hodnotou hmotnostnej tepelnej kapacity z intervalu teplôt (t₁ , t).

Cieľ:
1. Ukázať, že zmena teploty dvoch rôznych látok rovnakej hmotnosti, ktoré za určitý čas príjmu, alebo odovzdajú rovnaké množstvo tepla, nie je rovnaká.
2. Ukázať, že dvom odlišným látkam rovnakej hmotnosti je potrebné dodať alebo odobrať rôzne množstvá tepla na dosiahnutie rovnakej teplotnej zmeny.
3. Určiť hmotnostnú tepelnú kapacitu vody a etylénglykolu.

Pomôcky:
izolovaná nádoba (250ml), ponorná špirála konštantného výkonu, od­merný valec, voda, etylénglykol (fridex), tyčinka na miešanie, stojan s držiakom, váhy, teplotná sonda, mikropočítač s prevodníkom a meracím panelom.

Príprava:
Nalejeme 200g vody resp. etylénglykolu do izolovanej nádoby a ďalej postupujeme rovnako ako v príprave experimentu 1.

Realizácia:
Meranie realizujeme s 200g vody, resp. 200g etylénglykolu rovnakým spôsobom ako v experimente  1.

Spracovanie:
V programe Tabuľkový kalkulátor vložíme do stĺpca s3 hodnoty teploty pre 200g vody a označíme ho vypísaním jeho hlavičky. V stĺpci s2 sú teploty zaznamenané pri zohrievaní 200g etylénglykolu, ktoré sa preniesli spolu so stĺpcom s1, v ktorom sú vpísané časy merania teploty, z Multiskopu. Aby sme mohli graficky znázorniť vzťah dodanej tepelnej energie a teploty, vložíme do stĺpca s4 hodnoty tepelnej energie dodanej vode za jednotlivé časové úseky (STĹPEC/VZOREC/s4: 220*220/R*s1) a označíme ho vypísaním jeho hlavičky. Súradnicovým osiam grafov A, B, C, D priradíme jednotlivé veličiny tak, aby grafy A, B vyjadrovali závislosť teploty vody, resp. etylénglykolu na čase a grafy C, D závislosť teploty vody, resp. etylénglykolu od množstva dodaného tepla. Z grafov A, B určíme v programe Spracovanie rozdiel medzi teplotou vody a etylénglykolu po 10s, 20s, ... ,50s od začiatku zohrievania. Hmotnostnú tepelnú ka­pa­citu vody a etylénglykolu môžeme určiť tak, že získame v programe Spracovanie smernice grafov, ktorých osi okalibrujeme opačne ako osi grafov C, D a predelíme ich príslušnými hmotnosťami. Namerané hodnoty hmotnostnej tepelnej kapacity porovnáme s tabuľkovými hodnotami a zistíme relatívnu chybu merania. Príklad grafu, ktorý vyjadruje vzťah medzi dodaným teplom 100g vody, resp. 100g etylénglykolu a teplotou je na obr. 1.