Bepaling van soortelijke warmte van water

Introductie¶

Water heeft een enorme buffercapaciteit: je moet veel energie toevoegen om de temperatuur van water een graad te verwarmen. In dit practicum gaan we de soortelijke warmte van water bepalen door een bekende hoeveelheid water te verwarmen met een bekende hoeveelheid energie, en de temperatuurstijging te meten.

Theorie¶

warmte van het water:
$Q = c \cdot m \cdot \Delta T$ .
elektrische warmte:
$Q = P \cdot t$ .
soortelijke warmte water:
$c = \frac{Q}{m \Delta T}$

Methode en materialen¶

Ontwerp¶

Een waterbad met bekende massa aan water wordt verwarmd met een elektrisch verwarmingselement dat een bekende hoeveelheid energie levert. De temperatuur van het water wordt gemeten met een temperatuursensor. Door de temperatuurstijging als functie van de tijd te meten kan de soortelijke warmte van water worden berekend.

Materialen¶

Hieronder staat de lijst van benodigde materialen bij deze proef:

Maatbeker
Weegschaal
Water
Elektrisch verwarmingselement ( $10 \mathrm{\Omega}$ , $10 \mathrm{W}$ )
Voedingsbron
Thermometer of temperatuursensor
Stopwatch of timer

Een schematische weergave van de opstelling

Procedure¶

Exercise 1

Beschrijf de procedure die nodig is om de soortelijke warmte van water te bepalen.
Geef jouw beschrijving van de procedure aan een ander team, zij verzamelen voor jou de data op basis van de gegevens.
Voer het experiment van een ander team uit op basis van hun beschrijving.
Analyseer de data die het andere groepje voor jou heeft verzameld.

  
   
   
 - Meet hoeveel het water weegt (500ml = 500g)
 - Meet en noteer de temperatuur van het water op kamertemperatuur
 - Zet de spanningsbron aan en zet een stopwatch aan 
 - Meet de watertemperatuur na een bepaalde tijd
 - soortelijke warmte water bereken je aan de hand van:  
$ c = \frac{Q}{m \Delta T} $
$ Q = U \cdot I \cdot t $


## Veiligheid
We maken gebruik van een $10 \mathrm{\Omega}$, $10 \mathrm{W}$ weerstand.
Deze wordt snel heet.
De bronspanning mag dan ook alleen aan wanneer de weerstand in het water zit.
Raak de weerstand niet aan tijdens het experiment.
Omdat de weerstand in het water zit, kunnen we wel het elektrisch vermogen hoger zetten zonder dat de weerstand oververhit raakt.
Het maximaal vermogen mag $40 \mathrm{W}$ zijn.
Daarbij moet de roerder wel aanstaan om de warmte goed te verdelen.

## Data analyse
Geef kort de data-analysemethode weer.

Resultaten¶

# Hier de data en de analyse
T_0_water = 22.0
m_water = 0.5  # in gram
t = 180 #seconden
U = 13.4 #V
I = 1.39 # A
T_eind_water = 23.4
c = (U*I*t)/(m_water*(T_eind_water - T_0_water))

print(f"De soortelijke warmte van water is {c} J/g°C")

De soortelijke warmte van water is 4789.542857142861 J/g°C

# Sla figuren op met  
# 
# plt.savefig("figures/naam.png", dpi=450)
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
T = np.array([22.0 , 23.4])
t = np.array([0.0, 180.0])

plt.figure()
plt.plot(t, T, marker='o')
plt.xlabel("Tijd (s)")
plt.ylabel("Temperatuur (°C)")
plt.title("Temperatuur van water in tijd")
plt.grid()
plt.savefig("figures/Temperatuur_water_tijd.png", dpi=450)
plt.show()

Discussie en conclusie¶

Hier een korte discussie en conclusie over de resultaten van het experiment en de implicaties daarvan.