水熱量計による比熱の測定

目的

• 熱した金属を水の中に入れ、水の温度変化から金属の比熱を測定する。

準備

• 水熱量計，はかり，温度計２本(50℃－0.2℃目盛，100℃－1℃目盛)，ビーカー，熱湯，比熱測定用金属塊，ストップウォッチ，グラフ用紙

方法

1. 金属塊の質量ｍ_１[g]と水熱量計の銅製容器とかき混ぜ棒の合計の質量ｍ_２[g]を測定する。
2. 水熱量計の銅製容器に水を150[mL]入れ(金属塊を入れたとき金属塊全体が水中に浸かり、かつ水があふれない量)、水の質量ｍ_３[g]を求める。
3. 水熱量計を組み立て、しばらく放置した後、水の温度ｔ_１[℃]を測定する。
4. 熱湯を入れたビーカーに糸をつけた金属塊を入れてしばらく放置した後、熱湯の温度を測定し、これをｔ_２[℃]とする。
5. 糸を持って金属塊をすばやく水熱量計の中へ移す。このときビーカーの湯を水熱量計に持ち込まないように注意する。
6. すぐに水熱量計のふたをして、かき混ぜ棒で静かにかき混ぜながら、10秒ごとに水温を読み取り、温度－時間グラフを描く。
7. 水温の上昇が止まったら、そのときの水温ｔ_３[℃]を記録する。

実験結果

〔実験の様子〕

金属塊の質量の測定	熱湯に入れた金属塊
金属塊を水熱量計に移す	水温の読み取り

実験に使用したいろいろな金属塊

処理

1. 金属の比熱をｃ’[J/g・K]として、金属塊が失った熱量Ｑ_１[J]を求める。
2. 銅の比熱0.385[J/g・K]と水の比熱4.18[J/g・K]を用いて水熱量計と水が得た熱量Ｑ_２[J]を求める。
3. 金属塊の熱がすべて水熱量計と水の温度上昇に使われたものとして金属の比熱ｃ’を求める。

考察

1. 実験データから求めた比熱ｃ’と「主な金属の比熱」資料を比較して、この金属が何か推測せよ。
   
   実験データから求めた値0.434と金属塊の色や重さから鉄と推測できる。
2. 実験データｃ’と資料から推測した金属の比熱ｃとの誤差を次の式から計算せよ。
   　（ｃ’－ｃ）／ｃ×100＝　□□．□ ％
   
   （0.43405－0.4471）／0.4471×100＝－2.9％
3. 誤差の原因について考察せよ。
   
   金属塊を水熱量計に移す際、いっしょに湯が持ち込まれたとすると、ｃ’の値は真の値より大きくなる。また、金属塊を水熱量計に移す際、金属の温度がｔ_２より下がると、ｃ’の値は真の値より小さくなる。
4. 方法５．においてビーカーの湯を0.50[mL]いっしょに持ち込んだとすると、ｃ’の値がどうなるか計算してみよ。
   
   Ｑ_１＝ｍ_１・ｃ’（ｔ_２-ｔ_３） + 0.50・4.18・（ｔ_２-ｔ_３） になるので、
   ｃ’ ＝ 1263.35 - 103.455 / 2910.6 ＝ 0.3985　　値は小さくなる。
   

参考資料

数件出版　物理図録より

実験プリントｐｄｆファイル