Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

Кафедра экспериментальной физики

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКРЫТОЙ УДЕЛЬНОЙ

ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ ОЛОВА

Симферополь 2002

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКРЫТОЙ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ

ПЛАВЛЕНИЯ ОЛОВА

ОБОРУДОВАНИЕ: Электропечь, тигель, олово, термопара, миллиамперметр, секундомер, весы

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

Прогресс образования твердого тела при охлаждении жидкости (кристаллизация) происходит при определенной температуре (температуре кристаллизации, или отвердевания). Этот процесс представляет собой фазовый переход 1-го рода сопровождается выделением энергии в виде скрытой теплоты кристаллизации.

Обратное превращение – плавление – также происходит скачком и сопровождается поглощением энергии в виде скрытой теплоты плавления, равной по величине скрытой теплоте кристаллизации.

На рис.1 изображена типичная зависимость температуры от времени или охлаждения жидкости. Участок 1 соответствует понижению температуры жидкости вследствие отвода от нее тепла. Горизонтальный участок 2 соответствует кристаллизации, происходящей при температуре отвердевания (она же температура плавления), обозначенной через T₀. Выделяющиеся при кристаллизации тепло компенсирует отвод тепла во внешнюю среду. После окончания процесса кристаллизации температура, теперь уже твердого тела, снова понижается (участок 3 кривой).

Поскольку при кристаллизации температура вещества не меняется, то, при условии постоянства температуры внешней среды (воздуха) количество тепла q , отдаваемое за единицу времени кристаллизующимся веществом внешней среде, не меняется в течение всего процесса кристаллизации. Величину q можно назвать скоростью теплоотдачи. Отданное за все время кристаллизации количество тепла равно:

(1)

где τ- время кристаллизации. С другой стороны:

(2)

где m- масса отвердевающего вещества.  - удельная скрытая теплота плавления (отвердевания). Если q известно, то из формул (1) и (2) можно найти λ

(3)

Скорость теплоотдачи можно определить следующим образом. На участках ab и cd, прилегающих к участку 2 кривой рисунка 1, температура мало отличается от Т₀ , поэтому и скорость теплоотдачи на этих участках близка к скорости теплоотдачи на участке 2.

Рис.1. Зависимость температуры от времени при остывании расплава.

Можно записать:

(4)

Где , – количества тепла , выделившиеся на участках ab и cd , C_ж – удельная теплоемкость вещества в жидкой фазе , а C_Т – в твердой фазе. Любое из равенств (4) можно использовать для определения Q . Для улучшения точности целесообразно взять среднее значение :

(5)

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Установка для определения скрытой удельной теплоты плавления олова изображена на рис. 2. Кусочек олова, предварительно взвесив его, расплавить в тигле 2. Нагреть олово до температуры 300-330 ⁰С (температура измеряется с помощью термопары 4). Снять тигель с печи 1 пинцетом 3, предоставив олову возможность охлаждаться. Отмечать показания милливольтметра 5 через каждые 5 секунд секундомером 6, пока температура не понизится до 160 ⁰С. Построить график зависимости температуры от времени. Выбрав Т_ab и Т_cd равными приблизительно 20 ⁰С, определить по графику соответствующие значения t_ab и t_cd . По формуле (5) найти скорость теплоотдачи q. Определить из графика время кристаллизации τ и

вычислить по формуле (3) удельную скрытую теплоту плавления олова.

ПРИМЕЧАНИЕ .

Удельная теплоемкость жидкого олова равна 2,66 10² Дж/кг *К

Удельная теплоемкость твердого олова равна 2,46 10² Дж/кг *К

Постоянная термопары 0,0253 мВ/К

ВОПРОСЫ ,КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ ДЛЯ

ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Фазовые переходы первого и второго рода . Переход из жидкого состояния в твердое. Скрытая теплота плавления (отвердевания) .

ЛИТЕРАТУРА .

1. А.К.Кикоин, И.К.Кикоин . Молекулярная физика . –М. : Наука , 1976 .

2. Д.В.Сивухин. Общий курс физики (термодинамика и молекулярная физика).- М.: Наука , 1979.

2