Dag Thiske,

Je snapt dat er bijvoorbeeld warmte "verloren" kan gaan. De kans dat je bij dit soort proefjes het in die hoek moet gaan zoeken is 99% .

Jouw geval zit ergens in die resterende ene procent: want jij vindt, gek genoeg   ,  dat je veel minder energie dan verwacht nodig hebt om je aluminium cilinder in temperatuur te doen stijgen. Hier heb je dus ergens meet- of rekenfouten gemaakt (of je bent begonnen met een cilinder aluminium die veel kouder was dan de omgeving). 

Eerst maar eens kritisch op zoek naar die meet- of rekenfout dus. 

Groet, Jan

Hoi,
Dit zijn mijn berekeningen en ik kan echt geen fouten vinden, ziet u ze misschien?
Thiske

Massa: 124 g

Temperatuurverschil: 30,2 - 20,6 = 9,6 °C

Spanning: 0,79 V

Stroomsterkte: 0,37 A

 

U x I = P

0,79 x 0,37 = 0,2923 J (P)

 

P x t = E

0,2923 x 600 = 175,38 J/s (E)

 

Q = m x c x ΔT

175,38 = 124 x c x 9,6

   = 1190,40 x c

c = 175,38 : 1190,40

 = 0,15J/g x °C

Twee kleine notatiefoutjes, zie boven, maar die beïnvloeden je berekening niet. Sommetje is in orde. 


Rekenfouten zijn dus uitgesloten, blijven meetfouten over. 5 meetwaarden, welke is ernaast? 

R = U / I = 0,79 V / 0,37 A = 2,13 Ω
Dat klinkt best wel veel voor een aluminium cilinder.

En om een andere reden dan een mogelijk verkeerde stroommeting ben ik benieuwd naar de constructie van die cilinder: diameter, lengte,  hol of massief, plaats en diameter van dat thermometergat, dikte van de laag glycerine tussen aluminium en die sensor, aansluitpunten voor de stroom, alles wat je maar te binnen schiet??

groet, jan

Volgens de opdracht zou de weerstand van de cilinder 4,7 moeten zijn. Ik heb het aan andere kinderen uit de klas gevraagd en die hebben allemaal een veel hogere spanning en stroomsterkte. Ik denk dat daarbij iets fout is gegaan. Misschien heb ik de ampère- en volt meters verkeerd afgesteld. Ik heb helaas de cilinder niet opgemeten. Bedankt voor uw hulp!
Thiske

maak eens wat redelijke schattingen dan?

en dus een grotere geleverde energie. Dat zou dus kunnen verklaren waarom jij ónder de verwachte waarde uitkomt.

Misschien een lengte van 8 cm en een diameter van 5 cm. Het gat kwam tot de helft en was ook weer voor de helft met glycerine gevuld, dat zou dus betekenen dat de laag glycerine 2 cm was. Maar ik kan er ook helemaal naast zitten want het is al 2 weken geleden en ik zou het echt niet meer weten.

Nog 1 vraag, ik moet ook het rendement berekenen. Enut is dan 175,38 J maar ik weet niet hoe ik Etot moet berekenen, weet u dat misschien?

Thiske

Dus lijkt die cilinder qua formaat een beetje op twee opeengestapelde miniblikjes tomatenpuree? Dan kan die weerstand NOOIT in hele ohms worden uitgedrukt.
V = l x A = 8 x 3,14 x 2,5²= 157 cm³
V = m : ρ = 124 : 2,7 = 45 cm³
Je cilinder is dus waarschijnlijk dunner geweest, een centimeter of 3 in diameter




 (andere ρ hè, hier soortelijke weerstand)

ρ_alu = 27·10^-9 Ωm (BINAS)
l = 0,08 m
A = πr² = 3,14 x 0,015² = 0,0007065 m²

R= 27·10^-9 x 0,08 : 0,0007065 ≈ 3·10^-6 Ω

Een spanning van ongeveer een volt overeen wwerstand van een paar micro-ohm moet een stroomsterkte van duizenden  ampères opleveren. 

Ik had al zo'n raar gevoel bij stroom door een aluminium cilinder:
aluminium is een van de betere geleiders die we kennen... 
je zou hier andersom kunnen gaan rekenen, maar zelfs voor tienden van ohms zul je een behoorlijk dunne, lange draad moeten pakken, geen "cilinder".

Op basis hiervan lijkt een zinnige beschouwing van mogelijke fouten volslagen zinloos. 

Ik lees anders de bedoeling :
En het is dus het één of het ander, want anders wordt dit een cirkelberekening: Op basis van je toegevoerde energie warmt aluminium op en bereken je een warmtecapaciteit van je cilinder. 
Om de nuttige energie (voor opwarming van je cilinder) te berekenen ga je diezelfde warmtecapaciteit weer gebruiken, en zo is de cirkel rond.

òf je gaat met een bekende warmtecapaciteit het rendement van je opwarmmethode berekenen, of je gaat, uitgaand van een bekend rendement, de warmtecapaciteit van je cilinder berekenen. Maar én én kan eenvoudigweg niet. 

Groet, Jan

Het staat wel in de opdracht, of zou het een strikvraag zijn?
Eerst had ik voor Etot soortelijke warmte x hoeveelheid

Maar dat kan niet, dus dacht ik misschien moet je de echte soortelijke warmte invullen in de formule Q=cxmxdT
Dan krijg je een rendement van 16,74 %, wat heel erg weinig is. Zal ik dan gewoon opschrijven dat dat komt door mijn lage soortelijke warmte? Of is dat een foute berekening en kan ik beter zeggen dat het onmogelijk is om het rendement te berekenen als je ook al de soortelijke warmte moet berekenen?

Moeten we hier eigenlijk niet eens zo zoetjes aan vaststellen dat de hele zaak meer en grotere gaten heeft

dan een Emmentaler kaas? 

• Gemeten spanning en stroomsterkte komen niet overeen met de gegeven weerstand. Zijn je metingen mis, of zat er toch een andere weerstand in? (of beide)
• Wat was dat voor een weerstand? Weerstandsmateriaal onafhankelijk van de temperatuur? Oftewel, hebben je momentopnamen van spanning en stroomsterkte überhaupt enige waarde om te gebruiken over de volledige tijdsduur van de proef?   
• Hoe goed was het thermisch contact tussen die weerstand en dat cilindertje?
• Om een blokje aluminium geheel en vooral gelijkmatig op te warmen, volstaat daarvoor een relatief klein weerstandje in een holte in een relatief groot blokje aluminum? 
• Werd überhaupt een soort van eindtoestand bereikt, dus cilinder overal even hoge temperatuur? Heb je gedurende de 10 minuten dat je proef duurde ook bijvoorbeeld elke minuut temperaturen, stroomsterktes en spanningen gemeten? 
• Als die cilinder niet geïsoleerd is (en dus warmte kan afstaan aan de omgeving) is de opstelling bij voorbaat ONgeschikt voor een bepaling van de soortelijke warmte: waarom vragen ze je dan dat te doen? 
• Thermisch contact tussen een thermometer en een metaal verbeteren met glycerine is leuk, maar glycerine heeft zelf best een hoge soortelijke warmtecapaciteit. Door een relatief klein contactoppervlak een mogelijk relatief grote hoeveelheid glycerine opwarmen kan tijd kosten, maar hoe dan ook zal je temperatuurmeting áltijd minstens iéts achterlopen, en mogelijk best veel. 
• En zo kan ik nog wel even doorgaan met vragen en opmerkingen. Dat is eigenlijk jouw werk (het schrijven van een foutendiscussie).

Het lijkt me het beste dat je: 

• braaf je meetgegevens noteert, 
• braaf laat zien dat je met de formuletjes kan werken, (bijvoorbeeld ook andersom richting rendement uitgaand van een tabelwaarde voor die soortelijke warmtecapaciteit van aluminium, waarbij E=U·I·t je opgenomen energie is, en Q=m·c·ΔT de nuttige)
• vervolgens eerlijk opmerkt dat je bevindingen voor geen meter kunnen kloppen, 
• en ten slotte een lijstje maakt van zaken waaraan dat gelegen zou kunnen hebben, zoals ik hierboven al begon.  

Soortelijke-warmteproefjes zijn altijd een probleem qua resultaten, maar dit is de ergste die ik in mijn 8-jarige vraagbaakcarriëre tegen het lijf liep

Groet, Jan