Лабораторная работа №17 Определение некоторых тепловых параметров воды. Определение теплоёмкости чайника.

Цель работы :

1. Определить удельную теплоёмкость воды и теплоёмкость чайника.

2. Определить коэффициент объёмного расширения и удельную теплоту парообразования воды.

Оборудование:

1. Комплекс ЛКТ-9.

2. Мензурка мерная 1000мл -2 шт.

3. Миллиметровая линейка.

4. Холодная вода 2 л

1.Теоретическое введение

Теплота есть форма беспорядочного (теплового) движения образующих тело частиц. Количественной мерой теплоты служит количество теплоты, т. е. количество энергии, получаемой или отдаваемой системой при теплообмене. К основным тепловым параметрам вещества относятся теплоёмкость, теплоты фазового перехода, термические коэффициенты, включающие изотермическую сжимаемость, адиабатическую сжимаемость, изохорный коэффициент давления и изобарный коэффициент расширения (коэффициент объёмного расширения), и др..

Теплоёмкостью вещества называют количество теплоты, поглощаемое телом при нагревании на 1 градус. Точнее определение теплоёмкости математически можно записать

, =

т. е. теплоёмкость вещества - отношение количества теплоты, поглощаемое телом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению. Теплоёмкость единицы массы вещества называют удельной теплоёмкостью = , теплоемкость одного моля – молярной (мольной) теплоёмкостью = .

Одно и тоже вещество может находится в разных термодинамически равновесных состояниях, отличающихся по физическим свойствам. Такие состояния называют фазами вещества. Скачкообразное изменение физических свойств вещества при непрерывном изменении внешних параметров называется фазовым переходам. Значения температуры, давления, или какой-либо другой физической величины, при котором происходит фазовый переход называется точкой перехода. Различают фазовый переход двух родов. При фазовом переходе первого рода (испарение, конденсация, плавления и др.) в единице массы выделяется или поглощается определенное количество теплоты, называемое теплотой фазового перехода. При фазовом переходе второго рода (переход парамагнетик – ферромагнетик, переход парамагнетик – сегнетоэлектрик и др.) теплота не выделяется и не поглощается. К теплотам фазового перехода относятся теплота парообразования, теплота плавления, теплота полиморфного превращения. Различают удельную и молярную (мольную) теплоту фазового перехода, отнесённую соответственно к 1 кг и 1 молю вещества.

Теплота парообразования ( = ) – количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу в равновесном изобарно-изотермическом процессе, чтобы перевести его в из жидкого состояния в газообразное (то же количество теплоты выделяется при конденсации пара в жидкость). Процессу перехода жидкости в газообразное состояние предшествует процесс кипения жидкости. Кипение – переход жидкости в пар с образованием в объёме жидкости пузырьков пара или паровых полостей. Пузырьки растут (вследствие испарения в образующую полость жидкости), всплывают и содержащийся в них насыщенный пар переходит в паровую фазу над жидкостью. Для поддержания кипения жидкости необходим подвод тепла, которое расходуется на парообразования и на работу пара против внешнего давления при увеличении объема паровой фазы. Температура, при которой происходит кипение жидкости, находящейся при определённом давлении, называется температурой кипения. Кипение возникает при значительно более низких температурах, если в жидкости имеются пылинки, пузырьки растворенных газов, бугорки шероховатости на стенках сосуда, и другие центры парообразования. Для роста образовавшегося пузырька необходимо, чтобы давление пара в нём несколько превышала сумму внешнего давления, давление вышележащего слоя жидкости и капиллярного давления, которое зависит от кривизны поверхности пузырька. Это условие осуществляется, если температура насыщенного пара и окружающей его жидкости, находящейся в тепловом равновесии с паром, превышает температуру кипения. В повседневной практике наблюдается именно этот вид кипения, его называют пузырьковым. При достижении максимального значения теплового потока начинается второй, переходный этап кипения. При этом режиме теплоотдача и скорость парообразования резко снижается , т.к. большая доля поверхности нагрева покрывается сухими пятнами из-за слияния образующихся пузырьков. Когда вся поверхность обволакивается паровой плёнкой, начинается третий, плёночный этап кипения, при котором теплота от раскалённой поверхности передаётся к жидкости через паровую плёнку путём теплопроводности и излучения. Удельная теплота парообразования уменьшается с увеличением температуры кипения и обращается в нуль при критической температуре

Термические коэффициенты- величины характеризующие изменение какого-либо параметра, входящего в термическое уравнение состояния термодинамической системы (объёма, давления), в зависимости от другого параметра (температуры, давления) в определённом термодинамическом процессе. При нагревании тела происходит изменение его размера. Количественно тепловое расширение при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения. (коэффициент объёмного расширения)

Где V – объем тела, T- его абсолютная температура. Практически значение определяется формулой

, =

где и - объёмы тела при температурах и . У твердых тел и жидкостей тепловое расширение связано с несимметричностью (ангармонизмом) тепловых колебаний атомов, благодаря чему межатомные расстояния с ростом температуры увеличиваются.