Лабораторная работа № 4.

Изучение капиллярных явлений, обусловленных поверхностным натяжением жидкости.

Цель работы: измерить средний диаметр капилляров.

Оборудование: сосуд с подкрашенной водой, полоска фильтровальной бумаги размером 120 х 10 мм, полоска хлопчатобумажной ткани размером 120 х 10 мм, линейка измерительная.

Теоретическое обоснование

Смачивающая жидкость втягивается внутрь капилляра. Подъём жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, F_в не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h:

F_в = mg.

По третьему закону Ньютона сила F_в, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения F_пов, действующей на стенку капилляра по линии соприкосновения её с жидкостью:

F_в = F_пов.

Таким образом, при равновесии жидкости в капилляре (рисунок 1)

F_пов = mg. (1)

Будем считать, что мениск имеет форму полусферы, радиус которой r равен радиусу капилляра. Длина контура, ограничивающего поверхность жидкости, равна длине окружности:

l = 2πr.

Тогда сила поверхностного натяжения равна:

F_пов = σ2πr, (2)

где σ – поверхностное натяжение жидкости.

Масса столба жидкости объёмом V = πr²h равна:

m = ρV = ρ πr²h. (3)

Подставляя выражение (2) для F_пов и массы (3) в условие равновесия жидкости в капилляре, получим

σ2πr = ρ πr²hg,

откуда диаметр капилляра

D = 2r = 4σ/ ρgh. (4)

Порядок выполнения работы.

1. Полосками фильтровальной бумаги и хлопчатобумажной ткани одновременно прикоснитесь к поверхности подкрашенной воды в стакане (рисунок 2), наблюдая поднятие воды в полосках.

2. Как только прекратится подъём воды, полоски выньте и измерьте линейкой высоты h₁ и h₂ поднятия в них воды.

3. А бсолютные погрешности измерения Δ h₁ и Δ h₂ принимают равными удвоенной цене деления линейки.

Δ h₁ = 2 мм; Δ h₂ = 2 мм.

4. Рассчитайте диаметр капилляров по формуле (4).

D₁ = 4σ/ ρgh₁

D₂ = 4σ/ ρgh₂.

Для воды σ ± Δσ = (7, 3 ± 0, 05)х10^-2 Н/ м.

5. Рассчитайте абсолютные погрешности Δ D₁ и Δ D₂ при косвенном измерении диаметра капилляров.

Δ

,2

D₁ = D₁(Δσ/ σ + Δ h₁/ h₁);

Δ D₂ = D₂(Δσ/ σ + Δ h₂/ h₂).

Погрешностями Δ g и Δ ρ можно пренебречь.

6. Окончательный результат измерения диаметра капилляров представьте в виде

D₁ ± Δ D₁ =

D₂ ± Δ D₂ =

Вывод:

Лабораторная работа № 5 Измерение удельной теплоемкости твердого тела.

Цель работы:

Измерение теплоемкости твердого тела, закрепление ряда понятий термодинамики, связанных со способами теплопередачи.  Приборы и принадлежности: 2 калориметра, 2 термометра, твердое тело массой 100 г из стандартного набора, горячая и холодная вода, сосуд объемом не менее 300 мл, лопатка для перемешивания воды.  Теоретическое обоснование Для сравнения теплоемкостей разных тел пользуются калориметром. Калориметр представляет собой металлический сосуд с крышкой, имеющий фо рму стакана. Сосуд ставят на пробки, помещенные в другой, больший сосуд так, что между обоими сосудами остается слой воздуха (рис.). Все эти предосторожности уменьшают отдачу теплоты окружающим телам. Сосуд наполняют известным количеством воды массой m_в, температура которой до опыта измеряется (пусть она равна t₁). Теплоемкость воды при комнатных температурах берем из таблиц: с_в=4,19 Дж/(кг∙К). Затем берут тело массы m, теплоемкость которого хотят измерить, и нагревают до известной температуры t₂ (например, помещают в пары кипящей воды, так что температураt₂=100°С). Нагретое тело опускают в воду калориметра, закрывают крышку и, помешивая мешалкой, ждут, пока температура в калориметре установится (это произойдет, когда вода и тело примут одинаковую температуру). Тогда отмечают эту температуру t. Из результатов опытов можно найти удельную теплоемкость тела с₂, пользуясь тем, что уменьшение энергии охлаждающегося тела равно увеличению энергии нагревающейся при этом воды и калориметра, т. е. применяя закон сохранения энергии: , (1) Где С_к – полная (не удельная, а для всей массы) теплоемкость калориметра и мешалки (при ее использовании). Эта величина неизвестна, и определить ее можно в ходе следующего простого эксперимента. Нальем в калориметр некоторое количество воды (массы m) при комнатной температуре t₁, а затем такое же количество воды при температуре t₂. Через некоторое время измерим установившуюся температуру t. Запишем уравнение теплового баланса:  (2) Выразим из него неизвестную С_к: . (3) Теперь выразим из (1) искомую теплоемкость с₂:  (5) Порядок выполнения работы 1. Налить в калориметр 100 г воды комнатной температуры t₁.  2. Тело массой 100 г, теплоемкость которого хотят измерить, помещают в пары кипящей воды, так что температура t₂=100°С.  3. Осторожно погружают нагретое тело в калориметр (этот этап осуществляется лаборантом). Помешивая воду лопаткой, дождаться установления равновесной температуры t, записать ее значение в таблицу.

4. Рассчитать значение теплоемкости тела. 

№	t1, 0C	t2, 0C	t, 0C	c2, кДж/(кг К)	Средн <с2>

5. Рассчитать среднеквадратическое отклонение среднего по формуле: , где n – число опытов. 6. Рассчитать оценку относительной погрешности расчета δс₂=S_с2 /<с₂>. и записать результат в стандартном виде: с₂=( <с₂> + S_с2) кДж/(кг К) , δс₂= .  7. Сравнить полученное значение с табличным.

Вывод: