Bepaling smeltwarmte van ijs

[Lindyyyyy]

Ik heb een praktische opdracht voor het bepalen van de smeltwarmte van ijs. Ik heb veel hulp gehad van 2 andere topics, alleen als ik mijn gegevens invul, komt er een antwoord uit dat in de verste verte niet overeenkomt met de waarde uit BINAS. (namelijk 334 ∙ 10^3 J/kg). Hier mijn gegevens en een deel van mijn berekening:

<table cellpadding="0" cellspacing ="0" border="1" class="bbc">[tr][td]Stof[/td][td]m(kg)[/td][td]C (J/kg·K)[/td][td]ΔT(K)[/td][td]Q(J)[/td][td]T eind[/td][td]Tbegin[/td][/tr][tr][td]Water[/td][td]0,1[/td][td].[/td][td]6,5[/td][td]2717[/td][td]24,5[/td][td]31[/td][/tr][tr][td]IJs (T<0)[/td][td]14,06[/td][td].[/td][td]4[/td][td].[/td][td]0[/td][td]-4[/td][/tr][tr][td]IJswater (T>0)[/td][td]14,06[/td][td].[/td][td]24,5[/td][td].[/td][td]24,5[/td][td]0[/td][/tr][tr][td]Joulemeter[/td][td].[/td][td]59,714[/td][td]4,5[/td][td].[/td][td]24,5[/td][td]20[/td][/tr]</table>

Er gebeuren meerdere dingen:

(1) het water koelt af; (+ p)

(2) het ijs warmt op tot 0 ºC; (+ q)

(3) het ijswater warmt op; (+ r)

(4) de joulemeter koelt af; ( - s )

(5) IJs smelt.

(+ a)

(1) Qwater = mwater ∙ cwater ∙ ΔTwater = 0,100 ∙ 4,18 ∙ 10^3 ∙ (24,5 - 31) = -2717 J

(2) Qijs = mijs ∙ cwater ∙ ΔTijs = 0,01406 ∙ 4,18 ∙ 10^3 ∙ 4 = 2350,0832 J

(3) Qijswater = mijswater ∙ cwater ∙ ΔTijswater = 0,01406 ∙ 4,18 ∙ 10^3 ∙ 24,5 = 1439,8846 J

(4) Qjoulemeter = C ∙ ΔT = 59,714 ∙ - 4,5 = -268,713 J

(5) Qijs smelt = ……… = … J

In principe is er geen warmte-uitwisseling met de omgeving, en daarom geldt:

Qtotaal = (+ p) + (+ q) + (+ r) + (- s) + (+ a) J = 0 J

(-2717) + (2350) + (1440) + (-268,7) + (+ a) = 0 J

a = 804,3 J

Q ijs smelt = massa ∙ smeltwarmte = 0,01406 ∙ X = 804,3 J

X = 57204,83642 = 572 ∙ 10^2 J/kg.

Weet iemand wat ik fout doe? En hoe ik dat kan oplossen?

Alvast bedankt,

Lindy

[Jan van de Velde]

<table cellpadding="0" cellspacing ="0" border="1" class="bbc">[tr][td]Stof[/td][td]m(kg)[/td][td]C (J/kg·K)[/td][td]ΔT(K)[/td][td]Q(J)[/td][td]T eind[/td][td]Tbegin[/td][/tr][tr][td]Water[/td][td]0,1[/td][td].[/td][td]6,5[/td][td]2717[/td][td]24,5[/td][td]31[/td][/tr][tr][td]IJs (T<0)[/td][td]14,06[/td][td].[/td][td]4[/td][td].[/td][td]0[/td][td]-4[/td][/tr][tr][td]IJswater (T>0)[/td][td]14,06[/td][td].[/td][td]24,5[/td][td].[/td][td]24,5[/td][td]0[/td][/tr][tr][td]Joulemeter[/td][td].[/td][td]59,714[/td][td]4,5[/td][td].[/td][td]24,5[/td][td]20[/td][/tr]</table>

één probleem zie ik: je meent dat ijs dezelfde soortelijke warmtecapaciteit heeft als water. Dat is niet waar.

(2) Qijs = mijs ∙ cwater ∙ ΔTijs = 0,01406 ∙ 4,18 ∙ 10^3 ∙ 4 = 2350,0832 J

[Lindyyyyy]

Bedankt voor de snelle reactie!

Inderdaad, dat heb ik over het hoofd gezien.. Maar als ik dat invul, kom ik uiteindelijk op een negatief antwoord:

(2) Qijs = mijs ∙ cwater ∙ ΔTijs = 0,01406 ∙ 2,2 ∙ 10^3 ∙ 4 = 123,728 J

Qtotaal = (+ p) + (+ q) + (+ r) + (- s) + (+ a) J = 0 J

(-2717) + (123,73) + (1440) + (-268,7) + (+ a) = 0 J

a = 1421,97 J

Q ijs smelt = massa ∙ smeltwarmte = 0,01406 ∙ X = -1421,97 J

X = - 101135,8464 J/kg

Er kan toch geen negatieve waarde zijn voor het aantal Joule dat nodig is om een kilo ijs te laten smelten?

[Jan van de Velde]

we zullen eens zien of het helpt om consequenter met je plusjes en minnetjes om te gaan

<table cellpadding="0" cellspacing ="0" border="1" class="bbc">[tr][td]Stof[/td][td]m(kg)[/td][td]C (J/kg·K)[/td][td]ΔT(K)[/td][td]Q(J)[/td][td]T eind[/td][td]Tbegin[/td][/tr][tr][td]Water[/td][td]0,1[/td][td]4180[/td][td]-6,5[/td][td]-2717[/td][td]24,5[/td][td]31[/td][/tr][tr][td]IJs opwarmen (T<0)[/td][td]0,01406[/td][td]2200[/td][td]+4[/td][td]+123.7[/td][td]0[/td][td]-4[/td][/tr][tr][td]IJs smelten (T=0)[/td][td]0,01406[/td][td]?????[/td][td]+[/td][td]????[/td][td]+0[/td][td]-0[/td][/tr][tr][td]IJswater opwarmen (T>0)[/td][td]0,01406[/td][td]4180[/td][td]+24,5[/td][td]+1440[/td][td]24,5[/td][td]0[/td][/tr][tr][td]Joulemeter[/td][td]-[/td][td]59,714[/td][td]+4,5[/td][td]+268,7[/td][td]24,5[/td][td]20[/td][/tr]</table>

Als je in de Q-kolom de optelling maakt zie je dat je op de regel van ijs smelten + 885 J zult moeten invullen om op een Q van 0 J uit te komen

[Jan van de Velde]

(4) de joulemeter koelt af; ( - s )

volgens de temperaturen in je tabel warmt die op.

[Lindyyyyy]

Als dan nu alles zou kloppen, is de smeltwarmte 62944,52 J/kg, wat erg weinig is. Bij het practicum is wel enige

warmte aan de omgeving afgestaan, dus dat zou een klein verschil kunnen verklaren. Maar het lijkt mij niet dat

dat zo veel is! Kan het zijn dat ik iets verkeerd gemeten heb of zie je nog een ander mankement aan mijn berekeningen?

[Jan van de Velde]

Ik heb je berekeningen overgedaan, in mijn tabel staan die uitkomsten (die overigens getalsmatig eigenlijk niet van de jouwe verschillen)

Maar ergens zit er wel een fórse fout :eusa_whistle: , en die zit niet (meer) in het rekenwerk........

Eigenlijk had op die regel "ijs smelten" iets van 0,01406 x 332 000 = + 4 668 J moeten staan. We missen dus ruwweg 3800 J.

Dit missende bedrag is véél groter dan alle berekende warmtestromen bij elkaar. We moeten ons dus inderdaad afvragen of je ergens iets niet helemaal mismeten hebt. Als je begonnen zou zijn met 0,1 kg water van 40°C komen we al aardig dichterbij.

Of de massa ijs: 14 gram ijs was een ijsklont van ruwweg 2,5 x 2,5 x 2,5 cm. Was die wel zo groot? Als je in deze tabel de massa ijs halveert werkt dat twee kanten op: Je houdt meer J over voor het smelten, die je bovendien aan minder ijs hoeft te spenderen. We komen dan al in de buurt van de 240000 J/kg.

[Lindyyyyy]

Aha, dat zou heel goed kunnen! Nu ik er over nadenk ben ik bij het wegen van het ijsblokje niet zo nauwkeurig geweest.. :eusa_whistle:

Stel dat ik verder werk met het nieuwe antwoord (bij mij 276933 J/kg), is die afwijking met de

werkelijke waarde van 334000 J/kg dan acceptabel? En hoe is die afwijking dan te verklaren?

[Jan van de Velde]

Nu ik er over nadenk ben ik bij het wegen van het ijsblokje niet zo nauwkeurig geweest.. ](*,)

Huh? En dan noteer je die massa als 14,06 g?

Stel dat ik verder werk met het nieuwe antwoord (bij mij 276933 J/kg),

:eusa_whistle: NOOIT MET JE GEGEVENS GAAN MODDEREN OM TOT EEN GEWENST EINDRESULTAAT TE KOMEN. ](*,)

Als je dit als een practicumverslag moet inleveren ben je wijzer alles te laten zoals het is. Leerlingen die bij mij in hun gegevens gaan zitten knoeien om redelijk uit te komen krijgen per definitie een onvoldoende.

Dan ga je natuurlijk wél in je discussie uitvoerig in op deze uitkomst die zéér ver afwijkt van de theoretische waarde, en bespreek je mogelijke meetfouten/systeemfouten die tot deze vreemde uitkomst geleid zouden kunnen hebben.

eentje bedacht je er zelf al: warmte-uitwisseling van het systeem met de omgeving (ook tijdens het voorbereiden/wegen etc). Bespreek hoe je verwacht dat die geweest zouden kunnen zijn (WELKE KANT/KANTEN OP), en de verwachte invloed ervan op de eindtemperatuur.

Verder bespreek je één voor één je start-en eindwaarden, mogelijke fouten, en de mogelijke invloed van die fouten op het eindresultaat.

Je concludeert dat je de proef eigenlijk overnieuw zou moeten doen, en in dat geval krijg je van mij ondanks de meetblunder(s) (die er móet(en) zijn) een dikke voldoende. Ik kan me geen collega's voorstellen die anders zouden handelen.

[Lindyyyyy]

Nee, dat lijkt me inderdaad niet verstandig om mijn meetgegevens te gaan veranderen,

maar ik wil naast mijn berekeningen ook kunnen vertellen hoe ze zouden zijn als ik niet

die fout had gemaakt. Wat betreft het onnauwkeurig meten, ik heb gemeten met een

weegschaal die ik niet erg begreep, heb waarschijnlijk aan de verkeerde knop gedraaid

om het juiste getal te kunnen bepalen..

Maar erg bedankt voor de hulp, ik weet nu tenminste hoe het wél had gemoeten!

[Jan van de Velde]

Nee, dat lijkt me inderdaad niet verstandig om mijn meetgegevens te gaan veranderen,

maar ik wil naast mijn berekeningen ook kunnen vertellen hoe ze zouden zijn als ik niet

die fout had gemaakt.

Dan maak je simpelweg van die zelfde rekentabelletjes in je discussie onder het motto "what if"

- er warmte van buiten naar binnen lekte (en is dat waarschijnlijk??)

- er warmte van binnen naar buiten lekte (en is dat waarschijnlijk??)

- je water in het begin eigenlijk warmer was (en is dat waarschijnlijk??)

- je ijsklontje warmer was (en is dat waarschijnlijk??)

- je ijsklontje kleiner was (en is dat waarschijnlijk??)

etc.

Als je die tabel maakt in excel kun je eindeloos met waarden spelen om de invloed van een verandering te kunnen zien, maar met de hand enkele opties doorrekenen is in jouw geval waarschijnlijk verstandiger

Wat betreft het onnauwkeurig meten, ik heb gemeten met een

weegschaal die ik niet erg begreep, heb waarschijnlijk aan de verkeerde knop gedraaid

om het juiste getal te kunnen bepalen..

dan klinkt dat als de waarschijnlijkste misser.

Maar erg bedankt voor de hulp, ik weet nu tenminste hoe het wél had gemoeten!

Dat ga je dan in je discussie tonen...... :eusa_whistle:

[Lindyyyyy]

Wat kan je precies doen met zo'n What If-tabel in Excell? Het lijkt me wel een goeie,

alleen als ik google hoe ik dat moet doen, krijg ik enkel een uitleg die over een bepaalde

formule gaat (PMT). Dus hoe krijg ik het voor elkaar om mijn situatie aan Excell voor te leggen?

Of kan ik het beter zelf doen?

[Jan van de Velde]

De tabel met de gegevens zoals hierboven stop je precies zo in excel. In plaats van de getallen die je berekende (de Q's, de ΔT's en de soortelijke smeltwarmte van ijs), zet je in dié velden de formules waarmee je die berekende. Daarna kun je met je gegevens gaan "spelen" en de gevolgen van je aanpassingen zien.