Natuurkunde.nl - Practicum verdampingswarmte van water bepalen.

Practicum verdampingswarmte van water bepalen.

Izzie stelde deze vraag op 16 november 2019 om 12:02.

Hoi! Ik heb onlangs deze proef gedaan:
'' Doe een kleine hoeveelheid (massa meten!) kraanwater in een bekerglas. Door het water constant te verwarmen en om een bepaalde tijd de temperatuur van het water te meten, kun je een kookgrafiek van water maken. Aan de hand hiervan kun je de (gemiddelde) temperatuurstijging per seconde bepalen (dus dT/dt). Hieruit kun je het opgenomen vermogen door het water berekenen.
Kook het water vervolgens net zolang door totdat alles verdampt is.
Bepaal aan de hand van de metingen van de verdampingswarmte van water in J/kg. ''

Ik had 20,37 gram water in het bekerglas gedaan en het duurde uiteindelijk 554 seconden voordat het allemaal was verdampt. Na ongeveer 140 seconden moest ik er van de TOA vanuit gaan dat de 100 graden celsius was bereikt. Nu heb ik op allerlei manieren geprobeerd de verdampingswarmte te berekenen, maar deze komt niet eens in de buurt van de waarde van Binas, namelijk 2,26 10^6 J/kg.

Dit is mijn berekening nu:
Q = m x c x ΔT = 0,02037 x 4187 x 71 = 6055,53249
P = Q / Δt = 6055,53249 / (140-0) = 43,2538035 J/s
Het koken begint bij ongeveer 140 seconden en gaat door totdat al het water verdampt is op 554 seconden. Het heeft dus 414 seconden gekookt. In deze tijd is 0,02037 kg verdampt.

Dus 414 x 43,2538035 = 17907,074649 J is er nodig geweest voor de verdamping.
17907,074649 + 6055,53249 = 23962,6071

rverdamp = Q / m = 23962,6071 / 0,02037 = 1176367,55J/kg

Ik kom er echt niet uit wat er mis gaat. Ik heb allerlei berekeningen geprobeerd. Een beetje hulp zou superfijn zijn! Ik zet me graag in voor natuurkunde en daarom frustreert het me zo dat ik er niet uit kom. Zou iemand me willen helpen? Alvast hartstikke bedankt :)

Reacties

Jan van de Velde op 16 november 2019 om 12:44

dag Izzie,

De ellende van practica bespreken via tekst op een beeldscherm is dat wij, hoe goed jij ook je best doet om je uitvoering te omschrijven, vaak te veel informatie missen om precies vingers op (alle) zere plekken te leggen.

Maar we hebben in elk geval een voldoende nette omschrijving (en heerlijk duidelijk uitgewerkte berekeningen) om een paar punten ter overdenking aan te wijzen:

Izzie plaatste:

Door het water constant te verwarmen en om een bepaalde tijd de temperatuur van het water te meten, kun je een kookgrafiek van water maken. Aan de hand hiervan kun je de (gemiddelde) temperatuurstijging per seconde bepalen (dus dT/dt). Hieruit kun je het opgenomen vermogen door het water berekenen.

die instructie is niks mis mee.
Vraag is echter of je wel de volledige 140 seconden moet gebruiken?

Als je een T/t grafiek tekent dan krijgen we een soort S-vorm, met een kleine omhoogbuigende krul links onderaan, een vrij lineair stijgend stuk in het midden en een kleinere naar horizontaal buigende krul rechts bovenin.

Wordt er op die gebogen stukken eigenlijk wel het min of meer volledige vermogen in temperatuurstijging gestoken? Doe je berekening:

Q = m x c x ΔT = 0,02037 x 4187 x 71 = 6055,53249
P = Q / Δt = 6055,53249 / (140-0) = 43,2538035 J/s

eens overnieuw, maar nu voor temperaturen en tijden beperkt tot dat zo goed als rechte stuk van je T/t grafiek? En verdedig in een discussie waarom dat een veel beter beeld geeft van dat opgenomen vermogen dan het volledige traject t=0 tot t=140 ?

En dan hebben we nog:

Dus 414 x 43,2538035 = 17907,074649 J is er nodig geweest voor de verdamping.
17907,074649 + 6055,53249 = 23962,6071

rverdamp = Q / m = 23962,6071 / 0,02037 = 1176367,55J/kg

Ik zie dat je hier ook de opgenomen energie voor het opwarmen tot kooktemperatuur meeneemt om vervolgens alleen de latente warmte (voor het verdampen dus) te bepalen. Leg eens uit?

Die twee correcties samen brengen ons niet veel dichter bij de BINAS-waarde maar dat zien we daarna dan weer wel.

groet, Jan

Izzie op 16 november 2019 om 15:22

Hoi Jan,

Bedankt voor de feedback! Ik heb met behulp van uw tips nu deze berekening gemaakt:

Q = m x c x ΔT = 0,02037 x 4187 x (84-28) = 4776,19464

P = Q / Δt = 4776,19464 / (100-20) = 59,702433 J/s

Het koken begint bij ongeveer 140 seconden en gaat door totdat al het water verdampt is op 554 seconden. Het heeft dus 414 seconden gekookt. In deze tijd is 0,02037 kg verdampt.

Dus 414 x 59,702433 = 24716,8072 J

rverdamp = Q / m = 24716,8072 / 0,02037 = 1213392,6 J/kg

Is dit hoe u het bedoelde? Ik was inderdaad aan het twijfelen of ik die opgenomen energie voor het opwarmen tot kooktemperatuur ook mee moest nemen maar ik snap nu dat dat niet de bedoeling is.

Ik zal inderdaad in de discussie uitleggen waarom ik een interval (20 tot 100 s, het rechte stuk) neem en niet de gehele grafiek. Ik denk dat er veel warmte is ontsnapt en dat het eigenlijke vermogen van de gasbrander een stuk groter is. Kan dit kloppen? Dan zet ik dit ook duidelijk in de discussie.

Jan van de Velde op 16 november 2019 om 15:53

Izzie plaatste:

Ik denk dat er veel warmte is ontsnapt en dat het eigenlijke vermogen van de gasbrander een stuk groter is. Kan dit kloppen?

Er zijn twee heel duidelijke redenen dat die redenering alle planken mis slaat :(

1) Vergelijk jouw gevonden waarde eens met de tabelwaarde: is jouw waarde lager of hoger? Wat betekent dat voor jouw redenering?

2) Heb je de totale toegevoerde energie gemeten/bepaald? Of eigenlijk toch wat anders? Kijk eens wat je bepaalde? Het staat met naam en toenaam in je instructie:

Izzie plaatste:

Zie je de missers?

Met je berekeningen zie ik verder niks meer mis. In je discussie ga je dus heel kritisch moeten kijken naar alle waarden die Q/m bepalen. Wat had groter moeten zijn om de werkelijke, grotere latente warmte te vinden, wat kleiner? Bediscussieer dan welke meet- of uitvoeringsfout je gemaakt zou kunnen hebben die dat zou kunnen hebben veroorzaakt, en probeer die uit te sluiten.

Dit ligt echt niet voor de hand allemaal. Ik zie het niet, met deze aanpak voorzover ik die van hier kan beoordelen had je echt wel iets moeten vinden dat op plus of min 20% van de tabelwaarde was uitgekomen. Weet je bijvoorbeeld, om maar eens iets wilds te noemen, zeker dat je geen methanol hebt staan koken? Dat ze je niet op een wildeganzenjacht stuurden om te zien hoe je met je data omgaat, en hoe kritisch je naar je metingen en uitvoering kunt kijken?

Groet, Jan

Practicum verdampingswarmte van water bepalen.

Reacties

Plaats een reactie

Cookie-instellingen