Bepaling van soortelijke warmte van water

Introductie¶

Water heeft een enorme buffercapaciteit: je moet veel energie toevoegen om de temperatuur van water een graad te verwarmen. In dit practicum gaan we de soortelijke warmte van water bepalen door een bekende hoeveelheid water te verwarmen met een bekende hoeveelheid energie, en de temperatuurstijging te meten.

Theorie¶

Geef hier de natuurkundige achtergrond van het onderwerp.

Methode en materialen¶

Ontwerp¶

Een waterbad met bekende massa aan water wordt verwarmd met een elektrisch verwarmingselement dat een bekende hoeveelheid energie levert. De temperatuur van het water wordt gemeten met een temperatuursensor. Door de temperatuurstijging als functie van de tijd te meten kan de soortelijke warmte van water worden berekend.

Materialen¶

Hieronder staat de lijst van benodigde materialen bij deze proef:

Maatbeker
Weegschaal
Water
Elektrisch verwarmingselement ( $10 \mathrm{\Omega}$ , $10 \mathrm{W}$ )
Voedingsbron
Thermometer of temperatuursensor
Stopwatch of timer

Een schematische weergave van de opstelling

Procedure¶

Veiligheid¶

We maken gebruik van een $10 \mathrm{\Omega}$ , $10 \mathrm{W}$ weerstand. Deze wordt snel heet. De bronspanning mag dan ook alleen aan wanneer de weerstand in het water zit. Raak de weerstand niet aan tijdens het experiment. Omdat de weerstand in het water zit, kunnen we wel het elektrisch vermogen hoger zetten zonder dat de weerstand oververhit raakt. Het maximaal vermogen mag $40 \mathrm{W}$ zijn. Daarbij moet de roerder wel aanstaan om de warmte goed te verdelen.

Data analyse¶

Geef kort de data-analysemethode weer.

Resultaten¶

# Hier de data en de analyse
temp_begin = 23.2 # graden celcius
temp_einde = 26.8 # graden celcius
delta_temp = temp_einde - temp_begin
spanning = 15.4 # volt
stroom = 1.59  # ampere
tijd =  300 # seconde
massa = 0.4 #kg 
vermogen = spanning * stroom

c = (vermogen*tijd)/(massa*delta_temp)

print(c)

5101.249999999998

# Sla figuren op met  
# 
# plt.savefig("figures/naam.png", dpi=450)

Discussie en conclusie¶

Hier een korte discussie en conclusie over de resultaten van het experiment en de implicaties daarvan.

Discussie

In dit experiment hebben we de soortelijke warmtecapaciteit van water bepaald. Onze gemeten waarde kwam uit op ongeveer 5100 J/kg·K. Deze waarde zit in de buurt van wat we volgens de theorie zouden moeten vinden, maar wijkt nog wel duidelijk af.

Er zijn verschillende redenen waarom ons resultaat niet helemaal overeenkomt met de theorie. Het verwarmingselement levert waarschijnlijk geen perfect constant vermogen, waardoor de berekende energie niet helemaal klopt. Ook verliest het water tijdens het opwarmen warmte aan de omgeving, zelfs als je probeert te roeren en zo min mogelijk warmte kwijt te raken. Daarnaast kunnen er meetfouten zijn ontstaan bij het opnemen van de temperatuur, bijvoorbeeld doordat de sensor niet meteen reageerde of niet heel precies is.

Ondanks deze onnauwkeurigheden laat het experiment wel zien dat onze methode een redelijk beeld geeft van de soortelijke warmte. Dat onze waarde wat hoger uitkomt dan verwacht, past bij het idee dat er warmte verloren gaat tijdens de proef.

Conclusie

We kunnen concluderen dat onze waarde van 5100 J/kg·K een goede eerste schatting is, maar dat de nauwkeurigheid beter kan. Voor toekomstig onderzoek is het belangrijk om warmteverlies beter te beperken, het vermogen van het verwarmingselement nauwkeuriger te bepalen en de temperatuur nauwkeuriger te meten. Als dat beter geregeld wordt, zal het resultaat waarschijnlijk dichter bij de theoretische waarde liggen.