Vattens specifika värmekapacitet

I denna laboration undersökte vi om det finns något samband mellan tillförd energi, massa och temperaturökning i vatten.

Utförande

Vi började med att väga en mängd vatten, som vi sedan hällde ner i en termos. Vi sänkte ned en termometer i vattnet och registrerade vattnets ursprungstemperatur. Sedan började vi att värma vattnet i termosen med en doppvärmare. Doppvärmaren hade effekten 300 W.


Vår experimentuppställning

Vi startade ett tidtagarur så fort doppvärmaren börjat värma vattnet. Var 30e sekund antecknade vi temperaturen och hur mycket temperaturen hade ökat mot ursprungstemperaturen. Vi lät vattnet värmas i 3 min totalt per omgång av experimentet.
Energimängden som doppvärmaren avgett kunde räknas ut genom E= P * t
Där E är energin i joule, P är effekten i watt och t är tiden i sekunder.
Resultaten för båda omgångarna fördes in i två separata grafer, y-axeln visar energiåtgången i kJ och x-axeln visar ∆T.

Resultat Värden för försök 1:
Ursprungstemperatur: 43,7 C°
Vattnets massa: 654 g

Värden för försök 2:
Ursprungstemperatur: 25,6 C°
Vattnets massa: 594.5 g














I programmet excel har vi dragit en ungefärlig linjär funktion till alla punkterna i diagrammet. Över graferna finns ett värde R^2, ju närmare värdet för R^2 är 1 desto bättre överensstämmer k-värdet för trendlinjen med "punkternas lutning". Försök 1 har ett R^2 värde på 0.99, vilket säger oss att k-värdet stämmer väl överens med värdena vi antecknade och skrev in i excel. Försök 2 har ett något sämre värde för R^2 med 0.96, men det är fortfarande nära 1.

Diskussion
I grafen för försök 1 är grafens lutning, k-värdet, 2,9499. Detta kan tolkas som att det krävs 2,9499 kJ för att värma 654 g vatten 1 grad C°. För diagram 2 var k-värdet 2,6612, alltså krävs 2,6612 kJ för att värma 594,5 gram 1 C°. För att se om det fanns ett samband c mellan våra k-värden och vattnets massa m så dividerade vi k-värdet med massan i kg. c= k/ m
För försök ett fick vi värdet 2,95 (kJ/ C°)/ 0,654 kg = 4,51 kJ/(kg*C°)= c1
För försök två fick vi värdet 2,66 (kJ/ C°)/ 0,595 kg = 4,47 kJ/(kg*C°)= c2
Eftersom skillnaden mellan c1 och c2 är så liten kan man anta att det finns ett samband. Vi räknade sedan ut medelvärdet på våra två värden för att få fram ett tal som representerar båda försökens samband. 
(4,51kJ/(kg*°C)+4,47kJ/(kg*°C))/2= 4,49 kJ/(kg*°C)
Vi har fått fram en hypotes för vattens specifika värmekapacitet som vi betecknar c.

Vi kan också ta fram ett samband mellan vattens specifika värmekapacitet, massan, temperaturskillnaden och energiåtgången. 
E/ ∆T = k-värdet 
c * m = k-värdet 
Om vi då ersätter k i E/ ∆T med c * m får vi att 
E/ ∆T = c * m

Vi kan lösa ut c
c =  E/(ΔT*m) 

Vi kan också lösa ut energin
E = E=c*m*ΔT

Om man eftersöker hur mycket energi som krävs för att värma en specifik massa vatten kan man enligt det vi sett i experimentet, och det vi tar med oss som hypotes till nästa experiment, ta vattens specifika värmekapacitet multiplicerat med massan för vattnet i kg multiplicerat med temperaturändringen i C°. Alltså:
E = c*m*ΔT


Vi kan inte med säkerhet säga att vårt c-värde är helt tillförlitligt, eftersom vi bara gjorde två försök. Precis som i vilken undersökning som helst så blir resultaten mer tillförlitliga ju fler tester man utför. 
Vi visste heller inte doppvärmarens verkningsgrad, alltså hur stor andel av energin som doppvärmaren förbrukar som faktiskt gick åt till att värma vattnet. Om man hade känt till verkningsgraden hade man kunnat ha med den i uträkningarna. 
Vår termos var inte helt isolerad, den saknade ett lock vilket gjorde att energi/ värme lätt kunde försvinna ut ur vattnet. 
Vår termometer kunde inte mäta temperaturen överallt i termosen. Vattnet var självklart varmast närmast doppvärmaren och det kan ge resultat som inte stämmer överens med den genomsnittliga temperaturen i termosen. Man skulle kunna motverka detta genom att konstant röra om i termosen.