Определение удельной теплоемкости вещества
Цель работы: на основе процесса теплообмена определить значения удельной теплоемкости вещества в жидком и твердом состоянии.
Теория
Процесс теплообмена вещества системы с окружающей средой (без фазового перехода) сопровождается изменением температуры вещества. Физическая величина, которая характеризует этот теплообмен, называется удельной теплоемкостью:
, (1)
где - количество теплоты, необходимое для нагревания массы m вещества на Кельвинов (градусов).
Удельная теплоемкость измеряется в
.
Значение удельной теплоемкости в общем случае не является постоянной величиной, а может зависеть от температуры, состояния вещества и конкретного процесса теплообмена.
В большинстве случаев, однако, можно считать, что удельная теплоемкость не зависит от температуры вещества.
Предположим, что вещество нагревается, находясь в стакане, расположенном на нагревателе. Необходимое количество теплоты для того, чтобы нагреть данную массу m вещества, определяется мощностью нагревателя W и временем нагрева t:
,
откуда
. (2)
Эту зависимость можно использовать для экспериментального определения удельной теплоемкости вещества.
Порядок выполнения работы
Очистите рабочий стол, нажав кнопку меню "Новый проект".
Соберите на столе следующую экспериментальную установку: сначала поместите на стол нагреватель (он лежит во втором слева ящике). Нагреватель надо поставить так, чтобы он подключился к розетке. Затем на него поставьте стакан. В стакан опустите лед (он в крайнем правом ящике). Можно взять готовую установку из файла Lab2.
Щелкнув правой кнопкой мыши на нагревателе, откройте его окно параметров. Установите мощность нагревателя (около 1000 Вт). Запишите это значение в лабораторный журнал. Закройте окно нагревателя. Щелкнув правой кнопкой мыши на изображении льда, откройте его окно параметров. Установите температуру льда ниже 0
.
Выберите какую-нибудь массу льда.
Нажмите на панели параметров кнопки
"Принять параметры" и "Показать
график". Запишите все выбранные
параметры в свой лабораторный журнал.Включите проектор для вывода графика на экран.
Нажмите кнопку "Пуск" и наблюдайте на графике изменение температуры льда со временем. Одновременно в окне параметров вещества Вы сможете видеть изменение температуры, а в процессе плавления - какая масса льда расплавилась.
Дождитесь окончания плавления льда и начала нагрева воды, когда температура воды начнет возрастать. Нажмите кнопку "Стоп".
Измерьте по графику время нагрева льда от начальной температуры до температуры плавления и запишите его в свой лабораторный журнал. Одновременно необходимо записать изменение температуры льда за это время.
Измерьте по графику время нагрева воды от температуры плавления до некоторой температуры выше нуля и запишите его в свой лабораторный журнал. Одновременно необходимо записать изменение температуры воды за это время.
Повторите опыт по схеме пунктов 3 - 8, изменяя параметры нагревателя и массу льда.
Рассчитайте удельную теплоемкость льда и воды по формуле (2), используя свои экспериментальные результаты. Найдите среднее значение удельной теплоемкости и рассчитайте погрешность по известным формулам.
Сравните Ваш результат с табличными значениями для воды и льда.
Сформулируйте свои выводы о проделанной работе.