Контрольные вопросы
1. Что такое теплопроводность?
2. Дать определение коэффициента теплопроводности.
3. Какой математической формулой описывается процесс теплопроводности? Пояснить входящие в формулу величины.
4. Зависит ли коэффициент теплопроводности от температуры? Как это проверить на данной лабораторной установке?
5. Какой метод измерения коэффициента теплопроводности используется в данной лабораторной работе?
6. Предложить другие методы измерения коэффициента теплопроводности.
7. Рассчитать
сколько ватт проходит через эталонную
и измеряемую пластины, если их диаметры
равны 10 см? По результатам вычислений
определить, имеются ли в измерительной
системе потери тепла?Пормулыьённых
на одном основании
Определение теплоёмкости металла
Цель лабораторной работы: определение удельной теплоёмкости алюминия и железа калориметрическим методом.
Оборудование: 15 алюминиевых цилиндров, железный цилиндр, бутылка с водой, стеклянный жидкостный термометр, пластиковый стакан (используется как калориметр), корпус шприца 20 мл на подставке, шприц 10 мл без иглы, динамометр, пластиковое ведёрко для взвешивания, контейнер для оборудования, расходный материал – салфетки (туалетная бумага).
Краткая теория
Калориметрический метод основан на применении калориметрических установок, им пользуются главным образом для определения теплового баланса.
Определение количества теплоты выделившейся или поглотившейся в том или ином процессе проводят в специальном приборе – калориметре (от лат. calor – тепло и metor – измерять) (не путать с колориметром – прибором для измерения цвета). Калориметрические измерения, как правило, состоят в наблюдении за изменением температуры калориметрической системы за время опыта.
Существуют различные типы калориметров. В данной лабораторной работе применяется модель адиабатического калориметра, в котором теплообмен с окружающей средой минимален (в идеале – отсутствует).
В учебных лабораторных работах измерения удельной теплоёмкости твердых тел обычно проводят следующим образом. В калориметр наливается вода (известной массы и температуры) и опускается нагретое тело (известной массы и температуры). В результате теплообмена тела с водой в калориметре устанавливается какая-то промежуточная температура, которая измеряется термометром. При составлении уравнения теплового баланса учитывается и количество теплоты, которое идёт на нагрев самой калориметрической установки.
Описание установки
В данной лабораторной работе измерения проводятся не в калориметре, а в маленьком пластиковом стакане, массой (1,6 г) которого и теплоёмкостью можно пренебречь по сравнению с содержащимися в нём массами воды и металла.
Комплект оборудования для выполнения лабораторной работы показан на рис. 12.
Рис. 12
Известно, что теплообмен между калориметром и окружающей средой идёт тем интенсивнее, чем больше между ними разность температур Т. Поэтому, если тело нагрето всего на 5–10 градусов, то тепловыми потерями в окружающую среду можно пренебречь, если измерения продолжаются несколько минут.
В данной лабораторной работе специальных нагревателей не предусмотрено, а используется всегда доступный источник тепла – это тепло ладоней рук, температура которых на 5–15 С выше комнатной.
При определении удельных теплоёмкостей металлов считается известной удельная теплоемкость воды сВ = 4190 Дж/(кгК). Вода обладает в несколько раз большей удельной теплоёмкостью, чем металлы, и поэтому, если для измерений в калориметр налить много воды, то она нагреется всего 1–2 С, что сравнимо с погрешностью термометра. Поэтому для увеличения точности измерений в данной лабораторной работе воды берётся минимально необходимое количество.