- •Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
- •Содержание
- •Введение
- •Рекомендуемая литература
- •Основные положения техники безопасности в лаборатории механики и молекулярной физики
- •Основные этапы выполнения лабораторной работы
- •Правила заполнения отчета
- •Обработка результатов измерений
- •Правила округления физических величин при вычислениях
- •Методика измерения линейных длин с помощью штангенциркуля и микрометра
- •Определение влажности воздуха
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Указания к работе
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Определение характеристик влажного воздуха методом I-d диаграмм
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Аналитический расчет
- •Графический экспресс-метод
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Приборы и принадлежности: закрытый стеклянный баллон с кранами, манометр, насос. Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Определение удельной теплоты паробразования жидкости
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Определение изменения энтропии в замкнутой системе
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Приложение
- •Внесистемные единицы давления:
Контрольные вопросы
В чем заключается явление поверхностного натяжения?
Каков механизм поверхностного натяжения?
Дайте определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости и его единицы измерения в СИ.
Как направлены силы поверхностного натяжения по отношению к поверхности жидкости и к контуру, ограничивающему жидкость?
Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры?
Что называется критической температурой?
Как направлены силы поверхностного натяжения в месте отрыва капли?
Вывести формулу для коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капли.
Что такое капиллярные явления?
Зачем выполняется опыт с эталонной жидкостью (водой)?
У какой из исследуемых жидкостей число капель в единице объема больше и почему?
Литература
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Академия, 2008. – 560 с. § 66-69.
2. Грабовский Р.И. Курс физики. СПб.: Лань. 2005. -608 с. Ч. I, § 53, 61-63.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-05
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ЖИДКОСТИ
С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОКАЛОРИМЕТРА
Цель работы: изучение понятия теплоемкости вещества, определение удельной теплоемкости трансформаторного масла с помощью электрокалориметра.
Приборы и принадлежности: два электрокалориметра, два термометра, весы, трансформаторное масло, вода.
Краткая теория
При описании тепловых и акустических свойств веществ, изучении явлений теплообмена в атмосфере Земли, в космосе, в прикладных задачах конструирования и подбора материалов отопительных и охладительных систем, в любых технологических процессах большое значение имеют количественные значения удельных теплоемкостей веществ, участвующих в теплообмене.
Теплообменом называется переход внутренней энергии от одного тела к другому вследствие разности их температур. Внутренняя энергия U тела (системы частиц) включает в себя кинетическую энергию хаотического (теплового) движения всех микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов и др.) и потенциальную энергию взаимодействия этих частиц.
Количественной мерой изменения внутренней энергии тела является количество теплоты Q. Количество теплоты Q определяет количество энергии, получаемой или отдаваемой телом при теплообмене.
Теплоемкостью С называется отношение элементарного (бесконечно малого) количества теплоты dQ, сообщенного телу в каком-либо процессе, к соответствующему изменению температуры dТ тела:
. (1)
Теплоемкость зависит от массы тела, его химического состава, агрегатного состояния и вида процесса сообщения теплоты. Если условия нагревания тела (вещества) фиксированы, то теплоемкость становится характеристикой тепловых свойств вещества, приобретает определенное числовое значение для данных условий и приводится для разных веществ в таблицах физических величин. Например, теплоемкость при постоянном давлении Ср, теплоемкость при постоянном объеме Сv . Теплоемкости Ср, Сv различны для веществ в газообразном состоянии, но близки (Ср Сv) для веществ в жидкoм и твердом состояниях.
Теплоемкость, отнесенная к массе m тела, называется удельной. Удельная теплоемкость с измеряется количеством теплоты Q, затрачиваемым для повышения температуры на один кельвин единицы массы вещества:
, . (2)
Удельную теплоемкость жидкости можно определить методом электрокалориметра, который состоит в следующем. Два калориметра содержат различные
Рис. 1. Метод электрокалориметра |
жидкости. В первом калориметре находится вода, а во втором калориметре — жидкость, удельную теплоемкость которой требуется определить. В оба калориметра опущены спирали, соединенные в общую электрическую цепь и имеющие одинаковые электрические сопротивления R (рис. 1). Если через спирали пропускать электрический ток, то спирали, нагреваясь, за одинаковое время передадут жидкостям одинаковые количества теплоты. При протекании тока через металлический проводник работа сил элект- |
рического поля преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию проводника, т.к. свободные электроны металла в результате работы сил поля приобретают дополнительную кинетическую энергию и затем расходуют ее на возбуждение колебаний кристаллической решетки металла. Между нагревшимся проводником (спиралью) и жидкостью идет теплообмен путем конвекции (переносе теплоты потоками вещества при перемешивании и под действием силы тяжести) и теплопроводности (переносе теплоты при столкновениях молекул с разными энергиями), приводящий к повышению температуры жидкости и содержащего ее сосуда.
Количество теплоты, отданное спиралью с сопротивлением R при прохождении силы тока I за время t, согласно закону Джоуля - Ленца, равно
. (3)
Количества теплоты, полученные каждым калориметром с жидкостью от спиралей, одинаковы, что записывается в виде уравнения теплового баланса
Q' = Q'', (4)
где Q' - количество теплоты, полученное калориметром с водой:
Q' ;
Q'' - количество теплоты, полученное калориметром с исследуемой жидкостью:
Q'' ;
mв, cв - масса воды в первом калориметре и ее удельная теплоемкость соответственно;
m1, cст – масса внутреннего стакана первого калориметра и удельная теплоемкость материала стакана соответственно;
mж, cж - масса исследуемой жидкости во втором калориметре и ее удельная теплоемкость соответственно;
m2, cст – масса внутреннего стакана второго калориметра и удельная теплоемкость материала стакана соответственно;
t1, t2 - начальная и конечная температура воды соответственно (и стакана первого калориметра, где вода находится);
t3, t4 - начальная и конечная температура исследуемой жидкости соответственно (и стакана второго калориметра, где исследуемая жидкость находится).
Уравнение теплового баланса (4) в развернутом виде имеет вид:
,
тогда ,
и ,
откуда для удельной теплоемкости исследуемой жидкости имеем:
-
.
(5)