Определение удельной теплоты парообразования.
Приборы и принадлежности, используемые в работе:
1. Колба.
2. Паропровод (резиновая трубка).
3. Калориметр.
4. Электроплитка.
5. Термометр.
6. Технические весы с разновесом.
7. Мензурка.
Цель работы:
Научиться опытным путем определять удельную теплоту парообразования воды.
I. Теоретическое введение.
В процессе обмена энергией, между веществом и окружающей средой возможен переход вещества из одного агрегатного состояния в другое (из одного фазового состояния в другое).
Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.
Парообразование происходит в виде испарения и кипения.
Парообразование, которое происходит только со свободной поверхности жидкости, называется испарением.
Испарение происходит при любой температуре жидкости, но с повышением температуры скорость испарения жидкости возрастает.
Испаряющаяся жидкость может охлаждаться, если к ней не подводится интенсивно теплота извне, или нагреваться, теплота извне подводится интенсивно.
Парообразование, которое происходит по всему объему жидкости и при постоянной температуре, называется кипением.
Температура кипения зависит от внешнего давления на поверхность жидкости.
Температура кипения жидкости при нормальном атмосферном давлении называется точкой кипения данной жидкости.
При парообразовании внутренняя энергия вещества увеличивается, поэтому для превращения жидкости в пар к ней надо подводить теплоту в процессе теплообмена.
Количество теплоты
,
необходимое для превращения жидкости
в пар при неизменной температуре,
называется теплотой
парообразования.
Величина прямо пропорциональна массе жидкости, превращенной в пар:
(1)
Величина , характеризующая зависимость теплоты парообразования от рода вещества и от внешних условий, называется удельной теплотой парообразования. Удельная теплота парообразования измеряется количеством теплоты, необходимым для превращения в пар единицы массы жидкости при неизменной температуре:
(2)
рис. 1
В СИ удельная теплота
парообразования
измеряется в
.
Величина
зависит от температуры, при которой
происходит парообразование. Опыт
показывает, что при повышении температуры
удельная теплота парообразования
уменьшается. На приведенном графике
(рис. 1) показана зависимость
от
для воды.
В данной работе определяется
удельная теплота парообразования воды
с помощью процесса кипения, используя
уравнение теплового баланса при
конденсации водяного пара. Для этого
берут калориметр (К) (см. рис. 2), в котором
находится вода при температуре
,
водяной пар, имеющий температуру кипения
,
из колбы
по паропроводу П вводится в холодную
воду калориметра, где он конденсируется.
Через некоторое время трубку
паропровода вынимают и измеряют
температуру
,
установившуюся в калориметре и определяют
массу введённого в калориметр пара.
рис. 2
Затем составляется уравнение теплового баланса.
При конденсации пара массой
,
выделяется теплота
.
(3)
где
- удельная теплота конденсации (она же
удельная теплота парообразования).
Сконденсировавшийся пар превращается
в воду при температуре
,
которая затем, остывая до температуры
,
выделит теплоту
.
(4)
Выделяемую при конденсации пара и охлаждения горячей воды теплоту получает калориметр и вода в нём. За счёт этого они нагреваются от температуры , до температуры . Теплота, полученная калориметром и холодной водой, в нём вычисляется по формуле:
(5)
Уравнение теплового баланса составляется в соответствии с законом сохранения энергии при теплообмене.
При теплообмене сумма количеств теплоты, отданных всеми телами, у которых внутренняя энергия уменьшается, равна сумме количеств теплоты, полученных всеми телами, у которых внутренняя энергия увеличивается:
(6)
В нашем случае для теплообмена,
который произошёл в калориметре, считаем,
что потерь тепла в окружающую среду
нет. Поэтому уравнение (6) запишем в
виде:
или
Из этого уравнения получаем рабочую формулу для вычисления величины по результатам опыта:
(7)