§5. Определение удельной теплоты плавления льда при атмосферном давлении (определяется по барометру и пересчитывается в Па с учетом 3х значащих цифр).

Пусть в калориметре массы m_к находится вода массы m_в при t_о и лед массы m_л при t_пл.(t_пл при p = 760 мм. рт. ст. равна 0 °C). Тогда в системе (вода, внутренний сосуд калориметра, лед, термометр) происходит тепловой процесс, в результате которого лед плавится и устанавливается для всех тел системы общая температура t_к.

Графически (в координатах t, Q) процесс, протекающий в калориметре, изображен на рис. 4. Пренебрегая теплообменом с окружающей средой, имеем:

Q_пл + Q₁ = Q₂ (10)

Q_пл – теплота плавления льда;

Q₁ – количество теплоты, пошедшей на нагревание воды, полученной из льда;

Рис. 4.

Q₂ – количество теплоты, отданное остывающей воде, калориметру с мешалкой и термометром.

m_л + c_вm_л( – 0º) = с_вm_в(t_o - ) + с_кm_к(t_o - ) + w(t_o - ) (11)

Откуда

(12)

Таким образом, для определения  данным методом необходимо знать:

m_л – массу льда (расплавившегося),

m_в – массу воды в калориметре (первоначально),

m_к – массу калориметра (внутреннего сосуда) с мешалкой,

t_о – начальная температура воды, калориметра и термометра (к моменту загрузки льда),

 – установившаяся температура,

c_в, с_к, – удельные теплоемкости воды и калориметра (алюминиевого) -табличные значения,

w – теплоемкость термометра (его водяной эквивалент). В данной работе этой величиной можно пренебречь, т.е. w  0.

Замечание 1.

Предположение о том, что W  0 легко проверяется. Достаточно до проведения экспериментов со льдом в калориметр опустить такой же второй термометр, имеющий заметно меньшую температуру, и если показания основного термометра не изменяются, то, действительно, в нашем опыте теплоемкость его можно считать равной нулю.

К определению величин, входящих в (12) и сводится практическая задача по определению удельной теплоты плавления  льда данным методом.

Замечание 2.

! Это замечание важно с двух точек зрения:

1. Сколько налить в калориметр воды и сколько добавить туда льда?

Важно знать, что удельная теплота плавления льда численно почти в 80 раз превышает удельную теплоемкость остывающей воды (числа сравниваются в одной системе единиц). А это значит, что для того, чтоб расплавить 1 г льда, вода массой 1 г должна остыть почти на 80^оС (точнее 79^оС). Теперь ясно, что воды следует взять чуть больше, чем половину внутреннего сосуда калориметра при температуре близкой к (5060)^оС (если позволяет термометр). Лед надо добавлять сухой (без влаги). Желательно, чтоб конечная температура воды в калориметре стала примерно на 10^оС ниже комнатной, - это уменьшит фактор теплообмена.

2) О сухом льде! Если лед будет содержать жидкость, то результат эксперимента будет существенно занижен. Промокайте-просушивайте лед хорошо! Не доводите его до фазы активного плавления. Пусть его температура будет даже на (0,20,3)%. Самостоятельно сделайте эту оценку.

Приборы и материалы:

1. Калориметр. 2. Вода. 3. Термометр. 4. Лед.

5. Фильтровальная бумага. 6. Весы. 7. Электрическая плитка или кипятильник с нагреваемой водой.

Замечания:

1. Обратите внимание:

а) при взвешивании пустой калориметр должен быть сухим;

б) при опускании льда в воду лед должен быть сухим (просушите фильтровальной бумагой и сразу же опустите). Количество льда, которое необходимо опустить в калориметр, определяется с учетом ранее оговоренных условий, (это может быть несколько кусочков).

3. Масса расплавленного льда определяется как разность масс калориметра с водой после опыта и калориметра с водой до опыта.

4. Удельные теплоемкости воды, внутреннего сосуда калориметра и мешалки в данном опыте не определяются, (числовые данные приведены: проверьте, сравнив со справочными).

5. Во время опыта термометр из калориметра вынимать не рекомендуется, т.к. при этом можно вынести и капли жидкости, что ведет к занижению m_л и завышению .

6. Окончательная (установившаяся) температура определяется как самое наименьшее показание термометра во время опыта (почему?) .

7. Первоначальное количество воды в калориметре должно быть, возможно, большим (почему?).

Таблица 1. c_в= 4,18·10³ ; с_к= 0,896·10³ .

mк, г	(mк+ mв), г	mв, г	(mк+mв+mл), г	mл, г	m (весов), г	tо, °С	, °С	tо, , °С	к = m/mк	в = ,	л =