Feladat: 139. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Rácz Attila 
Füzet: 1992/április, 187. oldal  PDF file
Témakör(ök): Hőtani mérés, Folyadékok, szilárd testek fajhője, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1991/december: 139. fizika mérési feladat

Mérjük meg az étolaj fajhőjét!

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Az étolaj fajhőjének megmérésére két különböző módszer is kínálkozik. Az első, ún. "melegítéses módszer'' lényege a következő:
Helyezzünk ismert mennyiségű étolajat ismert hőkapacitású, jó hőszigetelésű edénybe. Melegítsük az olajat elektromos fűtőszállal, és mérjük a leadott elektromos teljesítmény függvényében az étolaj és az edény hőmérsékletét. A kapott adatokból az olaj fajhője meghatározható.
A második módszer a "keveréses módszer". Ennél ismert mennyiségű és hőmérsékletű anyagokat hozunk egymással termikus kapcsolatba úgy, hogy közben a rendszert a környezetétől hőszigeteléssel választjuk el. Megmérve a kialakult közös hőmérsékletet, és ismerve az egyik anyag fajhőjét, kiszámolhatjuk a másik anyag fajhőjét.
Rácz Attila (Szeged, Deák Ferenc Gimn., III. o. t.) a mérést mindkét módszerrel elvégezte. Hőszigetelt edényként mindkét esetben termoszt használt.
A melegítéses módszernél a termosz C hőkapacitásának meghatározásához először melegítsünk a termoszban m tömegű vizet t ideig, és mérjük a fűtőszálon átfolyó I áramot és a rajta eső U feszültséget, valamint a melegítés hatására bekövetkező ΔT hőmérsékletváltozást. A C hőkapacitás a következő képlet segítségével számítható ki:

C=UIt-cvmΔTΔT,(cv=4,183kJkgKa víz fajhője.)
Rácz Attila 5 mérés átlagát véve a hőkapacitás értékére C=74,8J/K értéket kapott. Ezek után melegítsünk m tömegű olajat t ideig, és mérjük az olaj ΔT hőmérséklet változását. Az olaj fajhője:
c=UIt-CΔTmΔT.
5 mérés átlagaként a fajhőre c=(1540±14%)J/(kgK) adódott.
A második módszernél célszerű a termosz hőkapacitását újra meghatározni, hiszen most a fűtőszál és a vezetékek nincsenek benne a termoszban. Helyezzünk m tömegű, T1 hőmérsékletű vizet a termoszba, és öntsünk a rendszerhez m tömegű, T2 hőmérsékletű vizet. A kialakuló közös T3 hőmérséklet ismeretében a termosz hőkapacitása:
C=cvm(T2-2T3+T1)T3-T1=18,68JK.
Látható, hogy ez az érték valóban különbözik a melegítéses módszernél kapott értéktől.
Most hajtsuk végre ugyanezt a mérést, csak víz helyett használjunk étolajat. A hőmérsékletek függvényében az étolaj fajhője:
c=C(T3-T1)m(T1+T2-2T3).
5 mérés átlagaként most az étolaj fajhőjére c=(1500±30%) J/(kgK) adódott. Látható, hogy a két különböző módszerrel mért adat a mérési hibahatáron belül megegyezik.