Testexperiment – Hypotesprövning

Vad blir det för sluttemperatur om vi blandar lika mängder vatten med olika temperatur?

I testexperimentet använder vi oss av den hypotes som vi har kommit fram från det första observationsexperimentet och vi har tagit fram följande hypotes.

Hypotes: För att åstadkomma temperaturändringen ΔT hos massan m av ett ämne, måste energin E tillföras eller avges: E= c . m. ΔT  Ämnets specifika värmekapacitet c är den energi som upptas eller avges då temperaturen hos 1 kg av ämnet ändras 1 C eller 1 K. Sambandet förutsätter att ingen fasövergång sker, utan att ämnet hela tiden förblir antigen en gas, en vätska eller ett fast ämne.

Teori- förutsägelse:

Vid blandning av två bägare med lika vattenmassor och olika temperaturer så ska det varmare vattnet avge en inre energi som upptas av det kallare, det gäller att den angivna inre energin=upptagna inre energi. Vi använder  E= c . m. ΔT för att räkna ut sluttemperaturen hos vatten efter blandning, där ΔT är temperaturändringen ΔT = T efter - T före.
  E₁=E_{2  ,}  E₁= energin som m₁ avger, E₂=energin som m₂ upptar

ΔT₁=T₁-T_S       ΔT₂=T_S-T₂

Ts   =	m1 . T1  +  m2. T2/
	m1 + m2
Ts :	Sluttemperatur °C
m1:	Massan1 vatten /kg
T1:	Temperatur m1 / °C
m2:	Massan2 vatten /kg
T2:	Temperatur m2 / °C

Ts =	0,03 . 15°C  +  0,03 . 30°C
	0,06
Ts =	22, 5 °C

Sluttemperatur = 22, 5 °C

ΔT1= 22,5 °C - 15°C =  7,5 °C

E1= c . m1 .ΔT1,

E1 = 4,19 . 0,03 . 7,5 = 0,94 J

När temperaturen ökar blir ΔT positive. Kallare vatten upptar 0,94 J energi,

ΔT2= 22,5 °C - 30°C = - 7,5 °C

E2= c . m2 .ΔT2

E2 = 4,19 . 0,03 . -7,5 = - 0,94 J

När temperaturen minskar blir ΔT negativ, när vatten svalnar, avtar den inre energin. Varmare vattnet avger -0,94 J energi

Praktiskt utförande av experiment -hypotesprövning

Vi bestämde oss att utföra experimentet och testa hypotesen genom att blanda samma mängder med olika temperatur vatten och ta reda på vilken slut temperatur blandningen får. Blandades sedan ihop mängderna vatten och mäts slut temperaturen. Vi skulle testa om den slut temperaturen stämmer rätt med vår hypotes vid blandning av två 300g bägare med vatten. Där den ena bägaren skulle ha en temperatur på 15 grader och den andra på 30 °C. Formeln som skulle räkna ut den slutliga temperaturen är:
c . m₁ . ΔT₁ = c . m₂ . ΔT₂

m₁ . ΔT₁ = m₂ . ΔT₂

T_slutliga=( m₁ . ΔT₁ + m₂ . ΔT₂) / (m₁ + m₂₎

När vi stoppar våra värden i formen så får vi ut en slutligtemperatur på 22,5°C. Detta innebär att vår förutsägelse är att den slutliga temperatur vårt experiment kommer leda till sluttemperatur på 22,5°C. Vi började fylla en bägare med 300g vatten som hade en temperatur på 15°C. Efteråt fylldes igen 300 g vatten men med temperaturen 30 °C . Nu gällde det bara att blanda ihop dessa bägare med varandra vilket skulle ge en massa på 600g och en ny temperatur. Den nya temperaturen mätte vi med hjälp av en termometer och vi fick fram 22,3 °C som den slutliga temperaturen.

                       

Blandning av de temperaturvarierande vätskorna        

Mättning av sluttemperatur

Slutsats och diskussion:

Utifrån resultatet ovan kan vi dra en slutsats att vår hypotes stämmer nästan. Experimentets utfall överensstämde med det som vi förutsåg skulle det hända med hänsyn till felkällor. Enligt vår teori skulle slut temperaturen bli 22,5 °C och utfallet av experimentet visar 22,3 °C sluttemperatur. Skillnaden mellan de två slutliga temperaturerna är 0,2 °C. Kring det finns det nog en del felkällor. Termosflaskan och delar av termometern blir varmare, det kan också bror på en del mätfel.  Andra felkällor kan vara att temperaturen hos de två bägarna med vatten kan ha hunnit svalna lite innan vi blandade ihop dem.

Vi tycker att hypotesen har stärks utifrån vår förutsägelse och utfallet av vårt experiment. Vattens specifika värmekapacitet stämmer med observationsexperimentet på c_vatten = 4,19 J/kg.grad och det stämmer också rätt sambandet: E= c . m. ΔT  Ämnets specifika värmekapacitet c är den energi som upptas eller avges då temperaturen hos 1 kg av ämnet ändras 1 C eller 1 K. Vi har kommit fram att i vår hypotesprövning den kallare vatten upptar energi E₁ = 4,19 . 0,03 . 7,5 = 0,94 J. När temperaturen och vatten svalnar, avtar den inre energin. Värmare vattnet avger energi i vårt testexperiment. E₂ = 4,19 . 0,03 . -7,5 = - 0,94 J. Vi har åstadkommit temperaturändringen ΔT hos massan m av ett ämne, måste energin E tillföras eller avges.