Laboration 2: Experiment som testar hypotesen

Laboranter: Gustaf Thapper Uudelepp, Gustav Åhström Löfgren och Eric Brune.

Inledning

I det föregående experimentet togs en hypotes fram gällande vattnets  specifika värmekapacitet. Detta experiment ska testa om den framtagna hypotesen stämmer med verkligheten. Hypotesen som utformades kan sammanfattas till:

E=c*m*ΔT där c är vattnets specifika värmekapacitet, m är vattnets massa i kg, ΔT  är temperaturskillnaden för vattnet och E är energiinnehållet i J. Enligt föregående experiment skulle
c= 4,49 kJ/(kg* °C) 

Experimentet syfte är att sätta hypotesen på prov genom att utföra ett försök både experimentellt och teoretiskt med hjälp av hypotesen. Försöket går ut på att ta reda på en vattenblandnings temperatur när två olika vattenvolymer med olika temperatur blandades.

Metod och material 

I experimentet användes två olika termosar med vatten. I den första termosen fanns det vatten som vi hade vägt till 0,1966 kg med temperaturen 11,7 °C. Den andra termosen innehöll 0,3213 kg vatten som var 41,6 °C grader varmt. Sedan hälldes vattnet från den första termosen i den andra termosen.

 
Experimentuppställning.


Förutsägelsen som baserades på hypotesen räknades ut på följande vis:

Kallt vatten betecknas med k.
Varmt vatten betecknas med v. 

mk=0,1964 kg
Tk= 11,7 °C

mv = 0,3213 kg
Tv = 41,6 °C

Ek=c*mk*ΔTk
ΔTk= Ts - Tk  d.v.s. temperaturskillnaden emellan blandningens sluttemperatur och det kalla vattnets temperatur.  
Ts är sluttemperaturen. 

Ev = c*mv*ΔTv 
ΔTv= Tv- Ts d.v.s. temperaturskillnaden emellan det varma vattnet temperatur  och slutblandingens temperatur. 
När det kalla vattnets hälls ner i det varma vattnet kommer det varma vattnet avge värme  till det kalla vattnet. Det kalla vattnet kommer att ta upp lika mycket energi som det varma vattnet avger. Detta ger:
Ek=Ev
Utvecklat ser det ut såhär:
 c*mk*ΔTk = c*mv*ΔTv
då kan c förkortas bort
mk*ΔTk = mv*ΔTv

mk*(Ts-Tk) = mv*(Tv-Ts) 

mk*Ts - mk*Tk= mv*Tv - mv*Ts

Eftersom Ts söks sätter vi Ts i vänsterled.

          mv*Tv+mk*Tk
Ts = --------------------- 
              mv+mk         

Resultat

Används ekvationen för att räkna ut Ts med mätvärdena blir det:   

 

           0,3213 kg* 41,6°C +  0,1964 kg*11,7°C 
Ts = ---------------------------------------------------- = 30,26 °C
              0,3213 kg + 0,1964 kg  


När experimentet utfördes praktiskt så fick vattenblandningen temperaturen på vattenblandningen till 31,1°C.

Illustration av experimentet. k står för 

det kalla vattnet, v står för det varma 

vattnet, s står för slutblandingen.

För att kunna testa hypotesen måste det experimentella utfallet jämföras den hypotetiska förutsägelsen. Om utfallen överensstämmer kan hypotesen anses vara godtagbar.

31,1°C - 30,26 °C = 0,84 °C

Diskussion 

0,84 °C är differensen mellan den hypotetiska förutsägelsen och den praktiska verkligheten. Det beror på att det finns en del felkällor som påverkar utfallet. Den största felkällan i det här experimentet är mätfel av olika slag. Det fanns brister i temperaturmätningen på de två olika vattenmassorna vilket kan ha påverkat det hypotetiska utfallet. Om det experimentella utfallet var lägre än det som räknades fram med hjälp av hypotesen kan man förutsätta att det har skett betydande energiförluster som har påverkat resultatet. Men eftersom att det hypotetiska utfallet var lägre än det experimentella utfallet måste det finnas en annan förklaring. Den felkällan är att tiden för bestämningen sluttemperaturen.  Eftersom det kalla vattnet hälldes i det varma vattnet kommer det att ta tid för vattenmassorna och blandas och energin att bli jämt fördelad. Det varma vattnet kommer att avge energi till det kalla vattnet men detta sker inte omedelbart utan tar tid. Processen kan  påskyndas med hjälp av omrörning men eftersom att det inte skedde innebär det att tiden som krävs innan sluttemperaturen har uppnåtts tar längre tid. Temperaturen uppmättes i botten av den termosen vilket bidrar till felaktigheten i temperaturuppmätningen. För att förbättra resultatet ska det ske en omrörning av vattenblandningen samt att vänta längre på att sluttemperaturen ska inställa sig. Men man ska inte vänta för länge då vattenblandningen avger energi till omgivningen även om det motverkas av termosen. För att höja resultatets trovärdighet ska det också tilläggas att försöket borde ha upprepats.
Med de felkällorna i beaktning kan man anse att utfallen är så pass snarlika att hypotesen därmed kan anses att vara stärkt. En annan del av hypotesen som kan stärkas är att c är en konstant då den kunde förkortas ut ur beräkningen.
Dock är det en brist i experimentet eftersom att värdet för vattnets specifika värmekapacitet som hade experimenterats fram i det förra experimentet inte testades i detta testexperiment.