smeltwarmte van ijs bepalen
Chantal stelde deze vraag op 01 juni 2006 om 12:45.Heee Hallo!
Wij moeten voor natuurkunde een praktische opdracht!
Dit gaat over de smeltwarmte van water bepalen.
Nu hebben wij een paar vragen.
Kan ijs een temperatuur van lager dan 0 graden celcius hebben? En zo ja, hoe krijg je het ijs dan op een temperatuur van 0 gradeN celcius?
En wij hebben om de smeltwarmte te bepalen een soort werkplan opgesteld, maar weten niet of je dit zo zou kunnen gebruiken.
In een isoleerbak: Water + ijs --> met een temperatuur van 0 graden.
met een Dompelaar gaan we het ijs en het water verwarmen. Het ijs smelt dan, waarbij de temperatuur normaal gesproken 0 graden blijft.
Wanneer de temperatuur hoger dan 0 graden wordt is al het ijs gemolten.
We nemen tegelijkertijd de tijd op. en we weten de energie die de dompelaar per tijdseenheid afgeeft.
Is dit een goede proef of hebben jullie andere suggesties en/of aanpassingen?
We verwachten dat de dompelaar de energie aan het water geeft en dat deze het doorgeeft aan het ijs om te smelten. Blijft het water dan dezelfde temperatuur of stijgt de temperatuur van het water dat aanwezig is.
Reacties
Hoi Chantal,
Jullie meetmethode klinkt wel goed, maar ijs kan wel degelijk een temperatuur lager dan 0 graden celcius hebben. Je hoeft het niet eerst op 0 graden te krijgen om de smelwarmte te bepalen, je kunt namelijk ook berekenen hoeveel energie het kost om van de temperatuur die het is, bijv. -20 graden naar 0 te gaan, mbv
dQ=c*m*dT
energieverschil=constante(behorende bij water)*massa(van het blok)*temperatuurverschil(tov 0)
Succes!
Jaap
Dag Chantal en Jaap,
Misschien is er een misverstand aan mijn kant, maar ik heb de indruk dat de bovenstaande bijdrage van Jaap niet de smeltwarmte van ijs betreft, doch de soortelijke warmte van ijs. Dat zijn verschillende dingen.
De methode die Chantal beschrijft, is toepasbaar als je de massa van het ijs weet die aanwezig is op het moment waarop je de dompelaar inschakelt. Omdat het ijs gemengd is met water, is de ijsmassa misschien niet zo eenvoudig vast te stellen.
Chantals tweede vraag: je kunt het ijs op 0 °C krijgen door het lang genoeg gemengd te laten zijn met water. Het ijs/watermengsel komt uit op 0 °C... in theorie. Om in de praktijk zeker te zijn van die temperatuur moet je een voldoende grote hoeveelheid mengsel hebben, moet je roeren en moet het ijs voldoende fijn verdeeld zijn (eerder ijsgruis dan grote ijsblokken). Dat laatste maakt het weer lastig om de massa van het ijs te bepalen.
Chantals laatste vraag: inderdaad bestaat de kans dat het water een hogere temperatuur aanneemt dan de gewenste 0 °C. Dat kan je meting verstoren.
Een alternatieve methode is als volgt. Maak ijsblokjes in het vriesvak van de koelkast. Leg er een thermometer bij die bij deze temperatuur T1 een betrouwbare waarde geeft.
Weeg een lege, geïsoleerde joulemeter (warmtevat). Vul hem deels met water en weeg opnieuw om de massa van het water te bepalen. Meet de begintemperatuur T2 van het water.
Haal enkele ijsblokjes uit de vorm, weeg ze en breng ze in het water (snel werken). Laat het ijs in het water smelten (beetje roeren). Alles bereikt een gezamenlijke eindtemperatuur T3.
Daarbij geeft het water warmte Q1=mwater×cwater×(T2−T3) af.
Het ijs neemt die warmte op:
eerst om van de vriesvaktemperatuur T1 op 0 °C te komen, Q2=mijs×cijs×|T1|,
vervolgens om te smelten Q3=mijs×smeltwarmte,
en ten slotte om de gezamenlijke eindtemperatuur te bereiken Q4=mijs×cwater×T3.
Hiermee kun je de smeltwarmte bepalen. Voor de nauwkeurigheid is het goed als T1 niet te ver onder het vriespunt ligt en als je niet te veel water gebruikt.
Succes met het onderzoek, Jaap Koole (een andere Jaap dan de bovenstaande)
Het is in het begin misschien lastig maar als je je wat meer mee bezig houdt, wordt het snel duidelijk. Voor wat extra oefening kun je ook op natuurkunde.nl van alles vinden. Kijk bijvoorbeeld eens bij
deze opgave
Het is niet een rechtsreeks antwoord op je vraag maar het helpt je wel om de theorie wat beter te begrijpen.
Meneer Jaap,
Wij vroegen ons af hoe je uit al die formules (Q1, Q2, Q3, Q4) de smeltwarmte kunt berekenen.
Mvg,
leerlingen van Olympus College te Arnhem.
Welke Q1, Q2 etc bedoel je?
Groet, Jan
Wij bedoelen de Q1, Q2 etc. bij de berekeningen van Jaap Koole
Groeten
er is warmte nodig om het ijs op te warmen van de vrieskisttemperatuur naar 0 C . Die wrmte noemt Jaap Q2.
Dan is er warmte nodig om dat ijs te smelten. Dat noemt Jaap Q3.
Die ijsklontjes liggen dan in warmer water te smelten, en alles bereikt een gezamenlijke eindtemperatuur.
Er is dan ook nog warmte nodig om het smeltwater van de ijsklontjes naar die eindtemperatuur te brengen. Dat noemt Jaap Q4.
Het totaal aan door het ijs en ijswater opgenomen warmte is dan Q2 +Q3 + Q4.
Die warmte moet dan ergens vandaan gekomen zijn. Die heb je laten leveren door het warme water waar je de ijsklontjes ingooide. Die warmtestroom UIT dat warme water noemt Jaap Q1.
er geldt dan simpelweg Q2 + Q3 + Q4 = Q1
Wiskundig is niet niet helemaal netjes. Daarom zie je Jaap hier en daar ook absoluutstreepjes gebruiken. Eienlijk mot je wamte die de stof IN gaat positief noemen, warmt die een stof UIT komt negatief. Als je dat netjes en consequent doet dan geldt dat de som van alle warmtestromen 0 moet zijn, er gaat niks verloren, en er kom nooit zomaar wat bij.
Dan schrijf je die formule eigenlijk Q1 + Q2 + Q3 + ......(enz)... = 0, en daarbij zijn sommige van die Q's dus positief, andere weer negatief
Eigenlijk moet je hier een heel boekhoofdstuk over schrijven, maar ik hoop dat dit nu en beetje duidelijk wordt?
Groet, Jan
