Laboration: smältentalpitet hos is
Jag har utfört en labb i syfte att undersöka smältentalpiteten hos is där vi fått instruktioner att utgå ifrån att isen är nollgradig och då har jag använt formeln ovan för att räkna ut Ls (smältentalpitet). Observera också att tid inte är en faktor i denna uträkning. Jag har kommit på några felkällor men undrade om luft bubblor kan påverka resultatet. Luft fungerar som isolatorer då luft har en så låg värmeledningsförmåga vilket jag förstår kan påverka effektiviteten av smältningen, något som inte är relevant i min labb. Min fråga är då om luftbubblor påverkar på något annat sätt då jag fick en mycket lägre smältentalpitet än 334 kJ/kg.
Ett redskap du kan använda för att fundera på din fråga är att överdriva din felvariabel för att synliggöra dess effekt.
Vad händer med din uppmätta smältentalpitet om halva isblocket är luftbubblor, tror du? Gör en gissning och räkna sedan på det.
Blir smältentalpiteten högre/lägre än om hela blocket är bara is? Varför? Vad i ekvationen tror du skulle kunna påverkas av luftbubblorna?
Jag har tänkt att luftbubblor hade lett till en eventuell sänkning av smältentalpiteten då det hindrar värmen från vattnet att nå alla delar av isen lika enkelt, men jag har svårt att förstå precis vilken faktor i ekvationen det påverkar. Luftbubblor gör att isens molekyler inte är lika arrangerade som de hade varit om isen var homogen vilket kanske leder till att mindre energi krävs för att bryta bindningarna mellan molekylerna, alltså en lägre smältentalpitet. Men jag är väldigt osäker på detta och skulle jätte gärna få lite mer vägledning och hjälp till den exakta faktorn i ekvationen som påverkas.
Det märks att du tänkt mycket på saken.
Något jag vill hävda är att de flesta mekanismer du identifierat kommer sänka den smältentalpitet som du räknar fram. Men, de kommer inte sänka den särskilt mycket.
Du kan till exempel visa att även om hälften av volymen hos kuben är luftbubblor, kommer den låga massan hos luften inte påverka den uppmätta massan is särskilt mycket.
Du kan också visa att när luftbubblorna frigörs vid smältning kommer de expandera vilket stjäl energi från omgivande iskristaller. Men, även om volymen med luftbubblor är stor, krävs inte mycket energi för denna expansion.
Andra felkällor
Det finns andra felkällor som har betydligt större påverkan. Sättet du kan lista ut detta på kan vara genom att förstå dina antaganden.
Är nollgradigt antagande korrekt?
Om isen hade en lägre temperatur än noll grader kommer det krävas mer total energiöverföring mellan vattnet och isen för att nå en given temperatur. Således kommer sluttemperaturen bli lägre. Detta kommer också ge ett lägre beräknat värde för smältentalpitet.
Har du mätt massorna korrekt?
Mätning av massorna kan påverka väldigt mycket. Detta gäller både massan vatten och massan is.
Mättes sluttemperaturen efter att all is hade smält?
Sluttemperaturen du mäter kommer påverka mycket. Dels om inte allt hade hunnit smälta ännu men även noggrannheten på mätningen.
Var systemet isolerat från omgivningen?
Din termodynamiska modell, som ekvationen härleds från, baseras på att all värmeöverföring sker mellan is och vatten. Detta kräver att systemet är isolerat från omgivningen (ligger i en termos till exempel).
Slutsats
För att studera konsekvensen av dina antaganden och eventuella felkällor, ställ upp en fullständig energiekvation:
Där:
- är total värmeöverföring från vattnet som isen ligger i.
- är energi för uppvärmning från isens starttemperatur till noll.
- är energi för smältning.
- är energi för uppvärmning från noll till sluttemperatur (för isen).
- är förluster till omgivningen.
