12.2 Експериментальні дослідження

12.2.1 Опис лабораторної установки

Схема макету лабораторної установки приведена на рис. 12.3

Рисунок 12.3 - Лабораторна установка.

В лабораторній установці тигель (3) з робочою речовиною (4) встановлений над нагрівником (2). На штативі (5) закріплена термопара (1). Якщо спаї (12) та (11) мають різну температуру, то на кінцях термопари (клеми 8 ) виникає ЕРС ε. Один кінець термопари (12) занурений у робочу речовину (метал), що нагрівається, а інший (11) - має температуру оточуючого повітря Т_1, що вимірюється термометром 9. Термо ЕРС прямо пропорційна різниці температур гарячого Т₂ та холодного Т₁ спаїв.

ε = k(Т₂-T₁). (12.4)

Коефіцієнт пропорційності k=ε/ΔT визначається за градуювальною кривою термопари (рис. 12.4).

Рисунок 12.4 - Градуювання термопари.

Величина термо ЕРС вимірюється цифровим вольтметром (10) через рівні проміжки часу після нагрівання тигеля з робочою речовиною, а також при охолодженні робочої речовини. Температура T₂ розраховується за формулою:

Т₂ = ΔT+ Т₁. (12.5)

12.2.2 Порядок виконання роботи

1. З'єднати провідниками клеми (8) термопари із входом цифрового вольтметра. Покласти в нагрівник не більш як четверту частину таблетки сухого пального. Увімкнути цифровий вольтметр.

2. Запалити сухе пальне, ввімкнути секундомір і виконати вимірювання ЕРС через кожні 10 с.

3. Після того, як буде відмічено кілька однакових значень ЕРС (що відповідають плавленню металу), продовжувати вимірювання, доки температура на почне стійко підвищуватися. Через 3-4 виміри погасити сухе пальне.

4. Скласти криву охолодження. Для цього виміряти ε через кожні 10 с в міру охолодження металу.

5. За графіком градуювання термопари визначити різницю температур ΔТ для кожного значень ЕРС при плавленні та кристалізації металу.

6. Визначити кімнатну температуру Т₁ і, додавши її до значень ΔТ, одержаного з графіка, знайти і записати температуру металу, яка відповідає кожному виміру.

7. Побудувати графіки залежності температури Т металу від часу при плавленні та кристалізації.

12.3 Обробка результатів вимірювань

1 Визначити похибку вимірювань ЕРС та температури.

2 За графіком градуювання термопари визначити різницю температур ΔТ для кожного значень ЕРС при плавленні та кристалізації металу.

3 Визначити кімнатну температуру Т₁ і, додавши її до значень ΔТ, одержаного з графіка, знайти і записати температуру металу, яка відповідає кожному виміру.

4 Побудувати графіки залежності температури Т металу від часу при плавленні та кристалізації.

5 За графіками визначити середню температуру плавлення та кристалізації.

6 За температурою та даними табл. 12.1 ідентифікувати робочу речовину та знайти питому теплоту плавлення.

7. За формулою (16.3) визначити теплоту плавлення для даної маси робочої речовини (m=85 г.) і, використовуючи співвідношення (13.2), обчислити зміну ентропії фазового переходу для випадку плавлення та кристалізації.

8 Визначити похибки зміни ентропії.