Экспериментальная установка

Схема установки изображена на рисунке 1. В неё входят: термостат А, экспериментальный прибор В и отсчётный микроскоп С.

Водяной термостат (рис. 1) состоит из резервуара 1, крышки 2 и блока управления 3. На передней стороне блока управления расположен световой индикатор 4 контроля температуры. На задней стороне – сетевой выключатель 5. На верхней крышке находятся три кнопки управления 6.

В нижней части блока смонтирован нагреватель 7, крыльчатка водяного насоса 8, датчик температуры и уровня воды 9. На блоке расположены две трубки, которыми термостат соединён с ёмкостью 11. Другие две трубки — для пропускания водопроводной воды через змеевик 10 (для охлаждения термостата). Описание работы термостата см. в приложении 5.

Рис.1 Схема установки для изучения фазового перехода

Экспериментальный прибор В представляет собой ёмкость 11, заполненную водой. В неё погружён отпаянный прибор 12 с исследуемой жидкостью (водой) 13. Перед заполнением водой воздух из отпаянного прибора был удалён, так, что над жидкостью находится только её насыщенный пар. Давление пара определяется по ртутному манометру 14, соединённому с ёмкостью 12. Численная величина давления измеряется по показаниям отсчётного микроскопа 15, настраиваемого на левый уровень столбика ртути манометра. Показания микроскопа снимаются по шкале 16. Принцип измерения микроскопа такой же, как и у штангенциркуля: для того, чтобы получить десятые доли миллиметра, необходимо определить какое из делений шкалы нониуса совпадает с делениями основной шкалы.

Описание прибора указывает на второе важное преимущество предложенного кос­венного метода измерения L перед пря­мым. При непосредственном измерении теплоты испарения опыты нужно произво­дить при неизменном давлении, и прибор не может быть отпаян. При этом невоз­можно обеспечить такую неиз­менность экспериментальных условий, как при нашей постановке опыта.

Описываемый прибор, однако, обладает существенным недостатком: датчик температуры определяет температуру термостата, а не исследуемой жидкости (или ее пара). Эти температуры близки друг к другу лишь в том случае, если нагревание происходит до­статочно медленно. Убедиться в том, что темп нагревания не яв­ляется слишком быстрым, можно, сравнивая результаты, получен­ные при нагревании и при остывании прибора. Для ориентировки укажем, что температуру воды в калориметре следует менять не быстрее, чем на 1° в течение 1–3 минут.

Теория эксперимента

В нашем приборе измерения производятся при давлениях ниже атмосферного. В этом случае задача определения молярной теплоты испарения жидкости из (1) существенно упрощается (см. выше).

Подставляя (3) в (1), пренебрегая V₁ и разрешая уравнение относительно L, найдем

(4)

Эта формула является окончательной.

В нашем опыте температура жидкости измеряется термометром, давление пара определяется при помощи манометра, а производные dp/dT или d(lnp)/d(1/T) находятся графически как угловой коэффициент касательной к кривой p(Т) или как угловой коэффициент прямой, у которой по оси абсцисс отложено 1/Т, а по оси ординат ln p.