Practicum: Eigenschappen van stoffen – soortelijke warmtecapaciteit – Klas 4 VWO

In dit practicum voor 4 vwo bepaal je de soortelijke warmtecapaciteit c van aluminium en koper via de mengmethode. Je past warmtebehoud toe, voert een foutanalyse uit en koppelt de gevonden waarden aan het deeltjesmodel van materie.

Leerdoel

Na dit practicum kun je c berekenen via Q = m × c × ΔT, systematische meetfouten identificeren (warmteverlies), c-waarden verklaren met het deeltjesmodel en temperatuur correct omzetten tussen Celsius en Kelvin.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 4 | Vak: Natuurkunde | Domein: E1 Eigenschappen van stoffen en materialen | Soortelijke warmtecapaciteit, warmtebehoud, deeltjesmodel

Benodigdheden

• Aluminiumblok (≈150 g) en koperblok (≈150 g) met thermometergat
• Waterbad ≈90 °C (elektrische verwarmingsplaat + thermostaat)
• Gepolystyreen calorimeter (bekerglas in isolatiedoos)
• 200 mL gedestilleerd water op kamertemperatuur
• Thermometer (0,1 °C nauwkeurig) en stopwatch
• Analytische balans (0,01 g)

Achtergrondinformatie

Warmtebehoud: Q_{afgegeven,metaal} = Q_{opgenomen,water} (bij ideale calorimeter). In formule: m_m × c_m × (T_m − T_eind) = m_w × c_w × (T_eind − T_w). Oplossing: c_m = [m_w × c_w × (T_eind − T_w)] / [m_m × (T_m − T_eind)]. Tabelwaarden: c_Al = 900 J/(kg·K); c_Cu = 385 J/(kg·K); c_water = 4200 J/(kg·K).

Werkwijze

1. Weeg metaalblok (m_m) en water (m_w) nauwkeurig.
2. Verwarm het metaalblok in het waterbad tot T_m ≈ 90,0 °C. Meet T_m precies.
3. Meet T_w (koud water in calorimeter). Breng het blok snel over — roer voorzichtig.
4. Noteer T_eind zodra de temperatuur stabiel is (≈3–4 minuten).
5. Bereken c_m. Herhaal het experiment voor het andere metaal.

Meettabel

Verwerkingsvragen

1. Bereken c_Al als: m_Al = 148 g, T_Al = 91,0 °C, m_w = 200 g, T_w = 20,0 °C, T_eind = 26,2 °C.
2. De gemeten c_Al is lager dan de tabelwaarde. Noem drie systematische fouten.
3. Verklaar met het deeltjesmodel waarom c_Al > c_Cu, terwijl koper zwaarder is per atoom.

Uitwerking

V1: Q_water = 0,200 × 4200 × (26,2 − 20,0) = 0,200 × 4200 × 6,2 = 5208 J. c_Al = 5208 / [0,148 × (91,0 − 26,2)] = 5208 / (0,148 × 64,8) = 5208 / 9,59 ≈ 543 J/(kg·K) (lager dan 900 door warmteverlies).

V2: (1) Warmteverlies aan de calorimeterwand en omgevingslucht; (2) het blok koelt al deels af vóór onderdompeling; (3) warmteabsorptie door de thermometer zelf.

V3: Aluminiumatomen (27 u) zijn veel lichter dan koperatomen (63,5 u). Per kilogram zijn er veel meer Al-atomen dan Cu-atomen. Elke trillende atoom draagt even veel aan warmteopname bij (wet van Dulong-Petit), maar per kilogram zijn er meer Al-atomen, waardoor c_Al hoger is.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert metaalblokken met thermometergat, polystyreen calorimeters, analytische balansen en nauwkeurige thermometers voor warmte-experimenten in het vwo.

Bekijk het assortiment natuurkunde materiaal of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.