Applikationsexperiment- vilket ämne är det?

Inledning:

Dagens experiment är ett applikationsexperiment vilket är ett experimentet där
vi med hjälp av vår hypotes från föregående experiment ska försöka lösa ett problem. Alltså kan vi använda E=c*m*DT för att lösa ett problem? Det problem som ska undersökas är vilken ämne en okänd metallbit är. För att undersöka detta problem tog vi reda på metallens specifika värmekapacitet som sedan jämfördes med en formelsamling. För att med säkerhet kunna bestämma vilket ämne metallen var beräknades även metallens densitet.

Metod & Material:

Följande metod genomfördes för att ta reda på metallens värmekapacitet:

Bild1. Den okända metallen.

En termosflaska fylldes med 470,85g vatten och dess temperatu
r och massa antecknades. Metallen vägdes och dess massa antecknades. Därefter värmdes den okända metallbiten till 100*C i en separat bägare med hjälp av en doppvärmare. När metallen hade nått den önskade temperaturen fördes den med försiktighet ner i termosen med hjälp av en tång. Det skedde en konstant omrörning av vattnet tills temperaturen på vattnet hade hamnat i jämvikt. Sluttemperaturen antecknades.

För att få ett mer exakt värde på värmekapaciteten beräknades även termosens värmekapacitet. Den beräknades genom att först mäta temperaturen på termosen, samt fylla en bägare med 0,470kg vatten. Vattnets starttemperatur antecknades, och vattnet fördes därefter ned i termosen. När temperaturen hade hamnat i jämvikt antecknades sluttemperaturen.

För att beräkna densiteten på metallbiten användes formeln: P=m/V. Metallen vägdes på en våg och massan antecknades och dess volym mättes med linjal. För att beräkna metallens volym användes formeln för att beräkna volym på en cylinder.

Bild 2. Experimentuppställningen.

Resultat:

Vattnets specifika värmekapacitet=4000J/Kg*K
C,vattnets universella specifika värmekapacitet= 4190J/Kg*K
Vattnets starttemperatur: 12,1°C
Termosens temperatur: 20,2°C
Vattnets sluttemperatur: 12,5°C

Termosens värmekapacitet med det C värde som vi fick fram i observationsexperimentet, C=4000J/Kg*K:

Med hjälp av energiprincipen, kan den värme som termosen mottar(E₁) likställas med den värme som vattnet avger (E₂) och följande formel fås fram:

E₁ = E₂

C* ΔT₁=C*m* ΔT₂

C= C*m* ΔT₂/ ΔT₁

Sedan stoppas de kända värdena in i funktionen:

Termosens värmekapacitet med det universella talet på vattnets specifika värmekapacitet vilket är C=4190J/Kg*K:

På samma sätt som jag räknade ut termosens värmekapacitet räknades metallens specifika värmekapacitet. Metallen avger värme (E₂) som termosen och vattnet tar emot (E₁) .

Resultaten från metallens specifika värmekapacitet:

C, Vattnets specifika värmekapacitet=4000J/Kg*K
C_u ,vattnets universella specifika värmekapacitet= 4190J/Kg*K

m₂, metallens massa=0,279kg
m_v, vattnets massa=0,470kg
ΔT_1, vattnets temperaturförändring= 10,7°C-9,3°C
ΔT_2, metallens temperaturförändring= 100°C -10,7°C

Energiprincipen ger:
E₂=E₁

C*m₂* ΔT₂₌ (C+C_v*m_v) ΔT_{1   =}
C=(C+C_v*m_v) ΔT₁ / m₂* ΔT₂

Med de kända värdena insatta, där C=4190, ger:

C*0,279(100-10,7)=102,3+4190*0,470(10,7-9,3)

C= 102,3+4190*0,470(10,7-9,3)/0,279(100-10,7)J/kg*K

C=116,4 J/kg*K=0,12 KJ/kg*K

Med de kända värdena insatta där C=4000, ger:

C=116,14 J/kg*K=0,12KJ/kg

Metallens densitet: 

 

Diskussion:

Ur resultaten kan metallens specifika värmekapacitet avläsas som 0,12KJ/kg*K. Detta kan avläsas i en formelsamling och följande ämnen har en specifik värmekapacitet som liknar de resultat som vi fick fram: Bly (0,13 KJ/kg*K), Platina (0,13 KJ/kg*K), Tantal(0,14 KJ/kg*K), Uran(0,12 KJ/kg*K), Vismut (0,12 KJ/kg*K) och Volfram (0,13 KJ/kg*K). Det ämne som är mest troligt utifrån metallens utseende är bly. Men för att öka säkerheten på resultatet kan vi jämföra med den andra undersökningen. Metallens densitet var 11,35g/cm³. Ur formelsamlingen kan blys densitet avläsas som 11,3 g/cm³ vilket överensstämmer med vårt resultat.

Densiteten på metallen skiljde sig något från blys densitet. För att öka sannolikheten på resultaten skulle man kunna varit mer noggrann vid mätning av metallen. Dessutom skulle man kunna beräknat dess densitet genom att göra som vi gjort i ett tidigare experiment. Genom att beräkna volymökningen när man stoppar ner metallen i en volym vatten.

Varför resultatet på värmekapaciteten inte stämde överens exakt med blys specifika värmekapacitet beror på flertal faktorer. När vi lyfte metallen från bägaren till termosen avgavs värme från metallen till tången och omgivningen för att jämna ut temperaturskillnaden (termodynamikens andra huvudsats). För att minska energiförlusterna skulle en bomullstråd använts för att överföra metallen från bägaren till termosen samt skulle vi ha varit snabbare med själva överföringen av metallen. Vi använde oss av en termos istället för en bägare då en termos isolerar värmen mycket bättre och på så sätt minskas energiförlusterna. Vi skulle använt ett lock för att minska värmeförlusterna. Dessutom var inte vattnet rumstempererat utan vattnet var 9,3grader. Detta kan ha haft en inverkan på resultaten, då enligt termodynamikens andra huvudsats, försöker luften att utjämna den skillnad som finns mellan det kalla vattnet och det rumstempererade luften. Därför skulle rumstempererat vatten använts istället. 

Som i tidigare experiment kan omrörningen av vattnet haft en inverkan på resultaten. Då värmen centreras i mitten av bägaren om man inte rör om vattnet. Vi försökte att hålla en konstant omrörning. Med bättre utrustning och material skulle ett mer sanningsenligt resultat fåtts.

Det C värde som vi fick fram från de tidigare experimenten är också en felkälla. Då värdet skiljer sig något från det universella värdet på vattnets specifika värmekapacitet. Därför räknades det med båda C värdena. Ur resultatet kan man avläsa att dessa två värden endast skiljer sig med decimaler.  

Troligtvis har dessa felkällor haft en subtil påverkan på våra resultat då resultaten stämde nästan överens med både metallens bly densitet och värmekapacitet.  

Slutsats:

Metallen är bly. 

Testexperiment- stämmer det?

Inledning:

I dagens experiment undersöktes om hypotesen som konstaterades i föregående experiment stämmer? Alltså stämmer formeln E=C*m*ΔT? För att undersöka om vår hypotes stämde beräknades först ut hur mycket energi som krävs för att värma olika mängder vatten med hjälp av formeln (E=C*m*Δt). Därefter genomförde vi undersökningen för att sedan jämföra resultaten med våra beräkningar. De resultat ifrån föregående experiment är:

C=4,0 KJ/Kg*°C

För att se hur jag kom fram till att C=4,0 KJ/Kg* °C se föregående experiment.

Bild 1. Visar experimentuppställningen.

Material och metod:

Med hjälp av resultaten i föregående experiment beräknades energimängden för att värma upp olika mängder vatten. Där vi bestämde att ΔT, temperaturändringen var 10°C. Därefter fylldes en termos med den förutbestämda mängden vatten och temperaturen på vattnet mättes. En doppvärmare fördes sedan i vattnet och tidtagningen startade. När vattnet hade värmts 10°C från ursprungstemperatur stoppades tidtagningen och resultaten antecknades.

Resultat:

Tabell 1. Visar de olika resultaten.

För att räkna ut den energi som borde krävas för att värma upp vattnet 10°C. användes formeln:

E=C*m*ΔT

Ex.

E=4*200*10=

=8000J

För att räkna ut hur stor energimängd som krävdes för att värma upp vattnet användes formeln (E=P*t). Där P=300W (avlästes på doppvärmaren)och t är tiden

Ex.

E=38*300=11400J

Diskussion: 

Ur resultaten kan man utläsa den energi som skulle krävts för att värma upp vattnet samt den energi som faktiskt krävdes för att värma upp vattnet. När vattenmängden var 200g var energimängden 11400J och den skulle enligt beräknat vara 8000J. Det finns flertal felkällor till varför energimängden inte stämde överens. I och med att vattenmängden endast var 200g var dopparvärmaren för stor så hela aggregatet var inte i vattnet, och på så sätt tog det längre tid att värma upp vattnet. För att minska värmeförlusterna skulle en smalare bägare använts så att hela dopparvärmaren fick plats i vattnet.

Vid vattenmängderna 400g och 500g stämde resultaten någorlunda överens. Detta tyder på att E=C*m*ΔT stämmer. Vid vattenmängden 600g krävdes det 20880J för att värma upp vattnet och det skiljde sig åt det vi beräknade, 24000J. En möjlig anledning till varför det skilde sig åt kan ha berott på omrörningen. När man rör om vattnet sprider sig värmen i vattnet fortare och på så sätt höjs temperaturen snabbare. När man inte rör om vattnet centrerar sig värmen i mitten på termosen och det tar längre tid för vattnet att bli uppvärmt. Om man jämför de två resultaten vid 200g skiljer sig tiden åt med 3 sekunder, detta kan också har berott på omrörningen av vattnet.

För att få ett mer sanningsenligt resultat skulle även fler mätningar gjorts.

Vattnets värmekapacitet i föregående experiment var 4,0 KJ/Kg*°C. Som tidigare sagt är vattnets specifika värmekapacitet 4,18KJ/Kg*°C vilket skiljer sig åt det vi kom fram till. Om vi hade använts vattnets specifika värmekapacitet hade resultaten troligtvis varit mer korrekta.

Slutsats: Utifrån dagens experiment kan slutsatsen dras att formeln E=C*m*ΔT stämmer.

Observationsexperiment- Hur mycket energi krävs för att värma vatten?

Inledning

Värme är den energi som överförs från en varmare ställe till en kallare. Detta sker enligt termodynamikens andra huvudsats för att utjämna temperaturskillnaden. När allt vatten har samma temperatur upphör energiöverföringen och det finns därmed ingen värme. Temperatur å andra sidan bestäms av molekylernas genomsnittliga hastighet. Höga molekyl-hastigheter ger höga temperaturer, låga hastigheter på molekylerna ger låga temperaturer.

När vi värmer vatten ökas dess temperatur vilket innebär att atomerna rör sig fortare. Mer rörelseenergi innebär en större rörelse och en högre temperatur. När vi värmer vatten ökas vattnets inre energi vilket är summan av dess rörelse-och lägesenergi. I detta experiment undersöks hur mycket energi som krävs för värma vatten en grad. Syftet med undersökningen är att hitta ett samband mellan energi och temperaturändringen. Finns ett samband mellan tillförd energi och temperatur?

Metod & Material

Bild 1. Visar experimentuppställningen. 

En bägare fylldes med 0,45kg vatten och temperaturen på vattnet mättes och antecknades. Därefter sattes en doppvärmare ner i vattnet och vi påbörjade tidtagningen. I tre minuter, var 30:e sekund mättes och antecknades vattnets temperatur. Vattenmängden hölls konstant under hela undersökningen.

Resultat:

Med hjälp av sambandet:
E=P*t
räknades energitillförseln genom att beräkna dopparvärmarens effekt (300W) multiplicerat med den förbestämda tiden 30s. Resultaten fördes in i en tabell som kan ses nedan (tabell 1)  

Av mätvärdena skapades en linjär funktion (diagram 1.) som beskriver sambandet mellan energitillförseln och temperaturändringen. Där temperaturändringen är den beroende variabeln och beror på energitillförseln. Dock visar y-x axeln tvärtom. Följande graf skapades:

y=1782x J/°C
= 1,8XKJ/°C. D.v.s. det kräver 1,8 KJ/°C för att värma upp 0,45kg vatten en grad. För att få reda på hur mycket det krävs för att värma ett kilo vatten gjordes beräkningarna:

1,8KJ/0,4 kg=4,0 kJ/kg*°C

Dvs. det krävs 4,0 KJ för att värma upp ett kilo vatten en grad.

Tabell 1. Tabellen visar hur energimängden och temperaturändring (ΔT) varierar med tiden.

Diagram 1. Beskriver förhållandet mellan temperaturförändringen och energitillförseln. Där x-axeln är den beroende variabeln och i detta fall temperaturändringen och y-axeln är energitillförseln och den oberoende variabeln.

Diskussion:

Detta betyder att vattnets värmekapacitet utifrån detta experiment är 4,0 KJ/Kg°C, dvs. det krävs 4,0 KJ för att värma upp ett kilo vatten en grad. Däremot är vattnets specifika värmekapacitet 4,18 J/Kg°C. Varför dessa två värden inte stämde överens beror på diverse felkällor.

Omrörningen av vattnet kan ha haft en stor påverkan på våra resultat, då omrörningen av vattnet inte hölls med en konstant hastighet. En snabbare omrörning gör så att värmen sprider sig snabbare i termosen och det går fortare för vattnet att bli varmt, och tvärtom vid långsammare omrörning. Energiförlusterna till omgivningen har troligtvis också haft en påverkan. För att få ett mer korrekt resultat skulle en mer isolerad termos använts. 

Slutsats:

Den slutsats som kan dras från detta experiment är att energimängden E kan fås genom att multiplicera C*massan(m)*temperaturändringen ΔT, alltså E=C*m*ΔT . Där C är vattnets värmekapacitet som i vårt fall var 4,0KJ/Kg°C,. I nästa experiment ska vi genomföra ett testexperiment där vi ska testa om formeln E=C*m*ΔT stämmer.

Hur tar man reda på vilken metall ett ämne är gjord av?

Hur tar man reda på vilken metll en nit är?

Hur kan man ta reda på vilken metall en nit är gjord av? I dagens experiment har vi tagit reda på det genom att beräkna nitens densiteten. 

                                                                

Teori

Densitet är ett mått på hur stor en massa en viss volym av ett ämne har. Dess Si enhet är kg/m^3. Men i dagens experiment har vi använt oss av enheten g/cm^3. Den formel som används för att räkna ut densiteten är:. .

Bild 1. Bilden visar de material som användes

Experiment

Ett mätglas fylldes med 100ml vatten och ställdes på en våg . Fem lika stora högar av nitar hälldes ner en i taget i mätglaset. Vi antecknade vattnets volym samt massan varje gång det hälldes i en hög av nitar. Resultaten skrevs in i en tabell på Excel och en regressionsanalys gjordes.

Mätresultat och analys

Bild 2. Visar förhållandet mellan massa och volym för den okända metallen.

Volym (cm^3)	Massa (g)
10	29
20	55
29	82
39	108
50	137

 Bild 2. Tabellen visar de exakta mätvärdena

I bild 2. Kan man se de exakta mätvärdena på metallens volym och massa. Medan i bild 1.kan man utläsa den okända metallens densitet. Vi gjorde en regressionsanalys av metallens värde och det är den linjära linjen man kan se i bild 2. Metallens densitet var 2,767g/cm^3. I en formelsamlingen kan man utläsa olika metallers densitet och den metall som har en densiteten 2,676 g/cm^3 är aluminium.

Slutsats

Nitarna är gjorda utav metallen aluminium som har densiteten 2,767g/cm^3.

Fräna experiment

I dagens laboration utfördes tre olika experiment. För att se hur dessa experiment gick till se bild 1, 2 och 3. 

Bild 1. Elektrisk fält

Bild 2. Elektrisk pendel

Bild 3. Laddade plattor

Hur skriver man en metoddel rent språkligt?

I detta inlägg kommer jag förklara skillnaderna mellan en talspråklig- och en mer formell-metoddel.

Videon ovan är experimentet jag har beskrivit i texterna nedanför.

Talspråk:

I det här experimentet använde jag en bana som jag lutade på ett stativ. Därefter satte jag fast ett banstopp i den nedre änden av banan och en rörelsesensor högst upp. Jag mätte sedan vinkeln på den lutande banan. Med hjälp av ett interface registrerades först vagnens startposition när den stod still med fjädern ute på datorprogrammet PASCO. Sedan tryckte jag in fjädern för att sedan slå på vagnen så att den åkte iväg. Dessa rörelser registrerades på Pasco.

Formell:
Med hjälp av ett stativ lutades en bana och därefter sattes ett banstopp och en rörelsesensor i varsin ände på banan. Vagnen som användes under experimentet hade en fjäder. Med fjädern ute i ett stillastående läge mättes dess startposition på datorprogrammet PASCO i cirka 10sek. Därefter trycktes fjädern in och genom ett slag på vagnen började den röra på sig. Dessa rörelser registrerades återigen på datorprogrammet Pasco.

Skillnader:

En talspråklig text uppfattas oftast mer personlig då man använder sig av ”jag”, ”vi”. Då syftar man tillbaka på människan som utförde experimentet och det blir en aning svårare att förstå hur man ska utföra experimentet. I en formell text skrivs det i passiv form. Dvs. ”lutades” istället för ”jag lutade”.

Generellt i både en talspråkig- och formell-metod är att skriva det som är mest nödvändigt för att experimentet ska kunna återupprepas. Detta gör man för att texten ska bli koncist, och enkel att följa med.

Stämmer Newtons andra lag?

Inledning:
Syftet med laborationen är att utföra en experimentell hypotesprövning. Där vi ska motbevisa Newtons andra lag.

Teori:
Newtons andra lag är: ”den kraft F som verkar på en kropp är proportionell mot kroppens massa och mot kroppens acceleration a”. Detta är ett samband mellan acceleration och kraft. Där F=m*a

Utförande:
För att utföra experimentet byggdes ett lutande plan, som vi sedan beräknade lutningen på för att kunna förutse vilken acceleration vagnen kommer att ha. Med hjälp av ett interface och en rörelsedetektor registrerades vagnens acceleration på datorprogrammet PASCO.
Till skillnad från tidigare experiment var rörelsedetektorn placerad på banans topp. Detta gjorde vi för att få säkrare mätvärden, då vagnen endast skulle påverkas av gravitationskraften och inte utav en startkraft från handen.

Bild1. Denna bild visar all utrustning som användes under experimentet. 

Video 1. Videon visar hur det såg ut när vi utförde experimentet.

Förutsägelse:

Bild 2. På bilden ovan ser ni hur man kom fram till sambandet a=gsin α 

Lutningen på banan: 

α = 8

sin 8 * 9,82= 1,36

Tabell 1. Bilden ovan visar vagnens acceleration vid 10 olika omgångar.

Analys

Medelaccelerationen räknades ut på en grafräknare. Jag adderade de olika resultaten och dividerade det sedan på antalet resultat (10). Detta ger:

Medelaccelerationen= 1,362

Med hjälp av en grafräknare räknades även ut en standardavvikelse:

σ= 0,015

För att räkna ut standardosäkerheten tas:

µ= σ /√n

Detta ger:

0.015/√10= 0.005

Jag får därmed en medelacceleration på 1,362 och en standardosäkerhet på 0,005. Detta ger:

1,362±0,005

Dvs. alla de värden som befinner sig inom detta intervall, bekräftar att Newtons andra lag stämmer.

Slutsats:

Vår förutsägelse gav att accelerationen skulle vara 1,36m/s^2. Vilket stämmer överens med resultatet. Utifrån den här undersökningen kan jag bekräfta att Newtons andra lag stämmer.

Felkällor:
När vi släppte vagnen kan de ha påverkats av en kraft från handen vilket kan ha påverkat resultaten. Det var även svårt att få den exakta vinkeln mellan bordsytan och det planet. Dessa felkällor hade dock en väldigt liten påverkan på våra resultat, då våra resultat verkar trovärdiga.