Bestem den spesifikke varmekapasiteten til vann med elektrisk oppvarming og kalorimetri.
Faglig kvalitetssikret av lærere og toppstudenter · Følger læreplanen (LK20) · Sist oppdatert 2026-10-13
Bestem den spesifikke varmekapasiteten til vann ved å måle hvor mye energi som trengs for å varme det. Med kalorimetri, måledata og feilkilder.
Hvorfor varmes vann så langsomt? Fordi det har høy spesifikk varmekapasitet. I dette forsøket tilfører du en kjent mengde elektrisk energi til en kjent masse vann, måler temperaturstigningen, og regner deg fram til c – en av de viktigste materialkonstantene i termofysikken.
hensikt → utstyr → framgangsmåte → måledata → databehandling → feilkilder → konklusjon. Lærer du denne strukturen, kan du bruke den på alle forsøk – også dette.
Du får svar på alt dette under – med kalorimetri, måledata og en ferdig forklaring til muntlig-praktisk.
Bestemme den spesifikke varmekapasiteten c til vann ved hjelp av elektrisk oppvarming, og sammenligne med tabellverdien 4180 J/(kg·K).
Vi antar at all den elektriske energien fra varmeelementet går til å varme vannet. Da forventer vi at tilført energi P·t er lik den energien vannet trenger, c·m·ΔT, slik at vi kan regne ut c = P·t/(m·ΔT). Vi venter å finne en verdi nær tabellverdien 4180 J/(kg·K), men trolig litt for høy, fordi noe energi i praksis lekker til omgivelsene og til beger og termometer i stedet for å varme vannet.
Energien et stoff trenger for å øke temperaturen er Q = c·m·ΔT. Den elektriske energien fra varmeelementet er Q = P·t. Setter vi dem lik og løser for c:
P·t = c·m·ΔT ⟶ c = P·t / (m·ΔT)Den spesifikke varmekapasiteten c forteller hvor mye energi som skal til for å varme 1 kg av stoffet 1 grad (1 K). Vann har en uvanlig høy verdi, 4180 J/(kg·K), og det er nettopp derfor det varmes og kjøles langsomt. Denne egenskapen har store konsekvenser i hverdagen: den gjør vann til et effektivt kjølemiddel i motorer, og den er grunnen til at hav og store innsjøer jevner ut temperaturen og gir kysten et mildere klima enn innlandet.
Metoden vår bygger på en viktig forutsetning – at hele den tilførte energien går til vannet. Det stemmer aldri helt: litt energi varmer begeret og termometeret, og litt lekker ut til lufta rundt. Begge deler trekker i samme retning: vi tror vi har tilført vannet mer energi enn vi egentlig har, og da blir den beregnede c-en for stor. Derfor isolerer vi så godt vi kan, bruker lokk, og varmer bare noen få grader slik at temperaturforskjellen mot omgivelsene – og dermed varmetapet – holdes lite. Vi måler dessuten temperaturendringen ΔT, og siden en endring på 1 °C er nøyaktig lik en endring på 1 K, spiller det ingen rolle om vi leser av termometeret i celsius.
| Størrelse | Verdi |
|---|---|
| Effekt P | 50 W |
| Masse vann m | 0,20 kg |
| Oppvarmingstid t | 200 s |
| Temperaturstigning ΔT | 12,0 K |
Tilført energi: Q = P·t = 50·200 = 10 000 J
c = Q / (m·ΔT) = 10 000 / (0,20·12,0) = 4170 J/(kg·K)
Det avviker bare ~0,3 % fra tabellverdien 4180 J/(kg·K) – et meget godt resultat. Måler du ΔT som funksjon av tiden, blir grafen tilnærmet rett: jevn effekt gir jevn temperaturstigning.
Temperaturstigning mot tid: tilnærmet rett linje – jevn energitilførsel«Jeg tilførte 10 000 J til 0,20 kg vann og målte ΔT = 12,0 K. Da gir c = P·t/(m·ΔT) = 4170 J/(kg·K), bare 0,3 % under tabellverdien. At c er høy forklarer hvorfor vann er et godt kjølemiddel og hvorfor kysten har mildt klima.»
Det er energien som trengs for å varme 1 kg av et stoff 1 grad (1 K). Vann har en høy verdi, 4180 J/(kg·K), som betyr at det «svelger» mye energi før temperaturen stiger merkbart. Et stoff med lav c, for eksempel et metall, varmes mye raskere.
Fordi metoden antar at all energien går til vannet. I virkeligheten lekker noe varme til lufta og til beger og termometer. Da tror vi vannet har fått mer energi enn det egentlig har, og siden c = P·t/(m·ΔT), blir den beregnede c-en for stor. Isolasjon og lokk demper denne feilen.
Varmetapet til omgivelsene øker med temperaturforskjellen mellom vannet og rommet. Holder du oppvarmingen liten, holder du også forskjellen – og dermed lekkasjen – liten gjennom hele forsøket. Det gir et mer pålitelig resultat enn å koke vannet opp.
Fordi varmt vann stiger og kaldt synker, slik at temperaturen blir ujevn i begeret. Termometeret viser bare temperaturen der det står. Rører du rundt, jevner du ut temperaturen, og avlesningen blir representativ for hele vannmengden.
Formelen bruker temperaturendringen ΔT, og en endring på 1 °C er nøyaktig lik en endring på 1 K. Derfor får du samme tall uansett om du regner endringen i celsius eller kelvin. Det er bare for absolutte temperaturer at forskjellen mellom skalaene betyr noe.
Øv på å forklare forsøket høyt med AI-eksamenstreneren, og repeter teorien i Termisk energi.
Bygger på Termisk energi.