به نام خدا
گزارش کار آزمایش شماره 2
آزمایش: بدست آوردن عدد ژول
تاریخ آزمایش :17 مهر1402
استاد:
اعضای گروه:
* هدف آزمایش:
بدست آوردن عدد ژول به روش الکتریکی
* وسایل آزمایش:
1. منبع تغذیه
2. آب
3. دما سنج
4. کالری متر
5. ولت سنج
6. آمپر سنج
7. سیم های رابط
8. زمان سنج
9. ترازو
* تئوری آزمایش:
تعریف عدد ژول:
نسبت کار انجام شده به گرمای حاصل از آن کار همواره مقدار ثابتی است که به این مقدار عدد ژول گوییم.
اگر w و Q هر دو بر حسب ژول باشند این نسبت برابر 1 میشود.
اما اگر کار انجام شده بر حسب ژول و گرما بر حسب کالری اندازه گیری شود این نسبت عددی غیر از یک میشود که این را به عنوان عدد ژول اصلی در نظر میگیریم.
معمولا مباحث الکتریکی انرژی را بر حسب ژول می نویسند.
انرژی الکتریکی که در قسمت فوق گفته شد در واقع به صورت زیر محاسبه می شود:
W=VIT (1)
ولتاژV
جریانI
زمان است.tو
برابر ژول است.wکه واحد
همانطور که می دانید گرما انرژی ای است که در اثر اختلاف دمای بین دو سیستم از یکی به دیگری جاری می شود.
می رسانیم،انرژیt2به t1 که دمایش از cبرای یک ماده که با ظرفیت گرمایی ویژه معلوم گرمایی به صورت زیر است:
Q=mc∆t که بر حسب کالری است(2)
فرض می کنیم تمام انرژی تولید شده تبدیل به گرما می شود.
که برای کالری متر به صورت زیر می تواند باشد.
Q=(mc+A)(T2-T1) (3)
برای بدست آوردن عدد ژول داریم:
J=W/Q=4/186j/cal
طبق رابطه فوق:
1cal=4/186j
را محاسبه کنیم.Qو Wبا تشکیل مداری به شکل زیر سعی میکنیم مقدار
یادداشتQو Wمقادیر مورد نیاز که در قسمت فوق ذکر شد را برای محاسبه مقدار
می کنیم(از مدار بدست می آوریم) و مقدار عدد ژول را محاسبه می کنیم.
خطا نیز به صورت زیر محاسبه می شود:
Error=│j-4/186│/4.186
* روش انجام آزمایش و محاسبات :
برای محاسبه مقدار عدد ژول ابتدا جرم کالری متر خالی را بدون سر اندازه میگیریم که برابر با 254 گرم است.
سپس 125 گرم آب به کالری متر اضافه می کنیم.
حال سر کالری متر را بر روی آن قرار می دهیم و با چند بار هم زدن آب،دمای اولیه را اندازه می گیریم که تقریبا برابر 27 است.
سپس مانند مداری که در قسمت اولیه مشاهده شد مدار را می بندیم.
منبع تغذیه،آوومتر،کالری متر را به صورت سری می بندیم و سپس ولت سنج را به صورت موازی با کالری متر میبندیم.
زمان سنج را در کنار مدار قرار می دهیم تا بتوانیم زمان را اندازه بگیریم.
در ابتدا شروع مقدار ولتاژ و جریان را اندازه میگیریم و بعد از آن به نسبتی که دما پایین می آید،زمان را اندازه میگیریم و آن ها را در جدولی یادداشت می کنیم.
چون مقدار ولتاژ و آمپر متغییر است یک مقدار میانگین را در نظر میگیریم که جریان برابر با 2.65 آمپر و ولتاژ را برابر با 3 ولت در نظر میگیریم.
داده هارا یادداشت میکنیم که به صورت زیر است:
دما
زمان
27 ̊C
0
28 ̊C
77S
29 ̊C
143S
30 ̊C
206S
31 ̊C
274S
32 ̊C
344S
33 ̊C
412S
34 ̊C
490S
35 ̊C
563S
می دانیم ظرفیت گرمایی کالری متر که در آزمایش قبل محاسبه کردیم برابر با 29 است.
با دانستن مقدار جریان و ولتاژ و زمان و دمای اولیه و دمای ثانویه و جرم کالری متر و
را محاسبه می کنیم.در نهایت طبق رابطه 3 مقدارQ و Wطبق رابطه 1 و 2 مقادیر
را محاسبه میکنیم و در جدول زیر می نویسیم.خطای آن را نیز طبق فرمول آمده در قسمت تئوری یادداشت میکنیم.
نتایجی که در آزمایشگاه بدست آمده به صورت زیر است:
دما
(J1دو درجه اول(
(28-30)
(J2دو درجه دوم(
(30-32)
(J3دو درجه سوم(
(32-34)
میانگین و خطا
عدد ژول بدست آمده
3.4
3.01
3.74
3.38±0.192
* نتیجه گیری:
در این آزمایش با استفاده از وسایلی که در قسمت وسایل آزمایش نوشته شده ، توانستیم عدد ژول را بدست آوریم . و همچنین مقدار خطای آن را نیز طبق رابطه ای که در قسمت تئوری آمده محاسبه کردیم.
این خطا میتواند ناشی از تبادل گرما،خطای کالری متر،خطای اندازه گیری و … باشد.
"پایان"